行动与多媒体内容的分享需求，提供了微型投影装置成长的动力。经过前几期针对微型投影的技术和发展趋势分析，本期将从微型投影系统与一般行动装置或手机整合的方式出发，并针对开发、整合发展过程中常遇到的问题提出探讨。

微型投影装置与系统MCU(Main Control Unit)的通讯介面主要分为两类:一、控制介面;二、影像传输介面。

控制介面

MCU通常透过控制介面来设定微形投影装置的参数，如液晶偏转角度的Gamma（γ）值、是否左右镜像、上下颠倒及影像资料排序方式…等。控制介面因传输的资料量较小、且为了有效减少MCU及面板间的接脚数，因此通常是以序列的方式来传输。常见的序列式传输埠有3-wired、4-wired SPI（Serial Port Interface）、I2C（Inter IC）。

3-wired和4-wire SPI

4-wired SPI是目前最常见的序列式传输埠，4个接脚功能分别是SS（Slave Select）、SLK（Serial Clock）、MISO（Master In, Slave Out）、MOSI（Master Out, Slave In） 。如图一所示，MCU透过SS讯号选择对应元件，再根据SCK的上升或下降边缘来作资料的读取／写入。而3-wired SPI与4-wired的动作方式相同，少了SS讯号以一对一方式传输；或者少了MISO讯号，面板只让MCU单向写入设定参数而无法读出。

《图一　SPI Interface Timing Diagram 》 资料来源：http://commons.wikimedia.org

I2C

I2C则是Philips提出的一种简单的序列式传输介面，最多可以利用7位元的位址连接128个不同元件。 I2C的动作方式如图二所示，master端先送出7位元的元件位址及R/W位元以区隔欲读取/写入的元件，slave端在收到讯号后再回以ACK位元确认并开始资料传输。

但在实际应用上，务必特别小心，笔者曾经透过I2C同时连接MCU与两个周边元件，因其中一元件厂商设计上的问题，不论MCU对哪一元件位址下命令都会有所回应，时常造成讯号错乱而产生误动作。

《图二　I2C Timing Diagram 》 资料来源：Philips “The I2C-bus specification”

影像传输介面

LVDS

目前微形投影面板常见的几种影像传输介面有LVDS、RGB和Sequential RGB三种。 LVDS（Low Voltage Differential Signal）是一种低电压、差分式、高速的讯号传输介面，主要应用于北桥晶片至显示器之间的传输规格。此种讯号的传输是以两条为一组的差分讯号对来传输影像资料，且此讯号并非以GND作为输出讯号的0准位，而是在一个同模电压上做正、负电压的变动，如图三所示。此变动电压通常为数百毫伏，以较低的电压差来达到高速传输的目的，并利用差分讯号对来提高抗杂讯能力，目前TI的DLP微型投影面板多是采用此种介面传输。

《图三　LVDS​​波形图 》 资料来源：TI “Interfacing Between LVPECL, VML, CML, and LVDS Levels”

RGB

RGB介面则是目前使用中、小型显示器的可携式装置最为常见之影像传输介面，如：行动电话、PDA、PND…等。 RGB是种平行式讯号传输埠，依色彩深度一般分为12bits（4-4-4）、16bits（5-6-5）、18bits（6-6-6）、24bits（8-8-8） ，在每个时脉输入单一像素的色彩值，并利用HSYNC、VSYNC讯号来作画面的水平同步校准及垂直同步校准，图四即为18bits RGB讯号的时序。以800×600的画面解析度为例，HSYNC需包含800像素，也就是一个水平列，而VSYNC需包含600个HSYNC周期，也就是一个完整的画面。 RGB介面多被采用于除了DLP之外的微型投影面板技术，如LCoS和LASER Scanning。

《图四　RGB介面之时序图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2007

Sequential RGB

Sequential RGB并不像上述两种介面是标准的规格，而是种Proprietary介面，通常使用于RGB Color Sequential的LCoS面板上，由面板厂商提供FPGA及RAM buffer相关设计，将标准的RGB介面转换成Sequential RGB。利用RAM buffer将RGB传输的影像资料暂存后，分为R、G、B frame输出至Color Sequential的LCoS面板。此FPGA主要功能有二：一方面转换介面格式，另一方面控制R、G、B光源duty cycle，以达到白平衡的要求。

《图五　RGB I/F转换Sequential RGB示意图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2007

电源设计

微型投影模组的电源分为三个部份：数位、类比及光源。数位电源包含I/O及微形投影面板的逻辑、运算核心的电源。类比电源则是供给LCoS液晶转向偏压、DLP或LASER Scanning技术MEMS转向所需偏压，一般为12～16V左右。亦有面板厂商会将Charge Pump电路内建于面板电路，外部只需提供与数位电源相同的位准即可。在电源设计上，可以选取适当频率响应的磁珠元件（Bead）将数位与类比电源作良好的隔离，以避免相互干扰、在画面的显示上发生抖动或杂讯等情形。

不论是LED或是LASER二极体，都是以大电流、高功率的方式趋动以达到投影画面的高亮度，因此在光源电源的选择上，必须避免选用低效率、易产生高热的LDO（ Low Drop-Out）作为电源。我们会建议使用效率较高的DC Switching方式作为光源的电源，但需注意的是，DC Switching切换频率对影像讯号会产生影响与隔离。此外，DC Switching技术所需的大电流、高电感值的电感，通常需要非常大的布局面积及高度。若寻求更高切换频率的电源IC，虽可有效缩小布局面积，但其电源转换效率亦会有所牺牲，在设计上须做权衡。

微型投影系统整合要点

整合微型投影系统和一颗应用处理器如图六所示，应用处理器透过Display Interface将多媒体的资料内容传递到微型投影系统，透过Control Interface设定资料传递的格式与面板参数。

《图六　微型投影硬体介面示意图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2007

整合的方式可以是Stand-alone，如Pocket Projector，或是以Accessory方式与其它的电子产品结合，亦即藉由USB、HDMI、S-Vedio、DVI的介面与Netbook、Notebook、手机、PMP…等产品结合。另外最近比较常见的直接内建在智慧型手机里面，像Samsung或是Nokia都是以这种方式结合微型投影装置。

不同介面应采用相适应的微型投影技术

若以内建的方式结合Netbook、MID等x86架构来说，由于PC中的北桥出来就是LVDS的介面，选择DLP这样的微型投影技术比较适合，DLP便是使用LVDS来传输影像资讯。若是像内建于手机内则须考量资料传输介面的问题，一般手机使用的MCU所常见的Display资料传输介面则为RGB或MDDI的介面。另一方面，若是使用DLP的微型投影系统，就必须要使用格式转换的晶片，方能使用DLP的投影技术，但这样一来就必须考量额外成本的问题。因此我们认为在一般手机整合上比较适合像LCoS或是LASER Scanning等微型投影系统，因为这两种投影系统多是使用RGB的介面作为影像的传输介面，对系统工程师在整合上较为容易。

注意投影画面与光轴相对位置

此外，在系统整合时需注意，投影画面中心与投影光轴的相对位置。在DLP的投影系统中DMD位于镜头光轴的下方，所以投影出的画面中心会在镜头光轴的上方。这是一般投影机的设计，投影出来的画面会在桌面的上方，也就是说屏幕中心与镜头光轴偏离。而在目前市面上LCoS的投影设计，为了减少光学镜组空间及提高影像品质，投影出来的屏幕中心都是位在镜头光轴上。所以在整合的时候也需考量整个使用情况，再去决定使用那一种微型投影系统。

Stand-Alone微型投影系统架构

以我们之前研发的微型投影装置为例，如图七和图八所示，考量到微型投影的主要诉求为多媒体行动分享应用，为加强相关功能，我们选用一颗GPU，利用记忆体通道跟应用处理器沟通。利用GPU将多媒体档案解码后，将数位资料透过RGB介面传递到FPG​​A里面。我们使用的LCoS的微型投影系统是使用Sequential RGB的输入，利用FPGA作介面转换，传递给LCoS微型投影系统，且FPGA也提供RGB LED光源的开关信号以控制光源之duty cycle。

《图七　Stand-Alone Projector硬体架构图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2007

《图八　Stand-alone Pocket Projector（CCI design, 2007德国iF设计奖） 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2007

微型投影手机硬体架构

微型投影模组与手机的结合方式，可以把硬体架构区分两种型态。一类为投影画面和使用者操作的液晶画面可以同时存在且显示不同内容，我们称之为Real Dual Display的投影架构。另外就是投影画面和液晶萤幕装置，是透过硬体元件切换的方式，同一个时间点只能有一个显像装置启动或是共用frame buffer显示相同画面的投影架构，我们称之为Fake Dual Display。为了达到多媒体的行动诉求，我们会需要能够整合一个应用处理器可以驱动两个独立且解析度高的显像装置，分别提供给微型投影装置和一般的液晶萤幕使用。

Real Dual Display

之前研发的第一代Project phone如图九和图十所示，为了达到双影像输出的功能，我们利用记忆体通道来连接一个LCD显示装置。此种显影装置是透过记忆体通道来传递LCD的控制指令和影像像素的RGB资讯，传递的过程中需要同时下达控制指令和资料，LCD的控制晶片需要将命令解译后，才能正确显像，反应时间不若使用RGB介面直接传递像素资料快。一般使用这种记忆体通道的LCD解析度也比较不高，现在对于多媒体的要求越来越高，这样的硬体装置也就不敷使用了。

《图九　Real Dual Display微型投影手机硬体架构图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2006

《图十　Real Dual Display微型投影手机（CCI design） 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2006

Fake Dual Display

针对Fake Dual Display Projector的设计如图十一和图十二所示，在整合的过程中，我们为了加入3D的效果，加强影像表现，故选用新的应用处理器，透过RGB I/F连结微型投影系统和液晶萤幕，并利用开关切换这两个显像装置。为了达到行动化、便于携带的特点，微型投影装置整合的趋势，如图十及图十二所示，第一代的Projector Phone和最近整合新一代的Projector Phone，尺寸缩小到可让一般使用者更能接受的大小，与市面上的智慧型手机大小差不多。

散热问题

不过系统尺寸缩小，相对会产生散热问题，故必须加入散热片或风扇加强散热，整个机构设计则需考虑到热对流，避免系统过热。另外在Fake Dual Display的架构下如图十三所示，我们使用开​​关切换影像讯号输出到想要输出的显像装置，达到切换LCD液晶萤幕和投影系统的目的。

《图十一　Fake Dual Display Projector Phone硬体架构图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2008

《图十二　Fake Dual Display Projector Phone（CCI design） 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2008

《图十三　输出影像切换示意图 》 资料来源：Compal Communications Internal Research，2008

电磁相容性问题

此外，与桌上型投影设备不同的是，微型投影模组多是应用于可携式装置上，故需要克服更为严苛的电磁相容性、散热、掉落测试等要求。电磁相容性就微型投影装置而言，是一个非常重要的课题，面板若受到电磁干扰将会直接反映在显示画面上，造成画面的不协调、抖动、颜色不均、杂讯等问题。在线路布局上，需尽量将影像资料传输介面的路径走在PCB内层，并在上、下层及两边以地线隔开，更可选取适当R、C或是磁珠元件作为更进一步的滤波电路，放置于MCU及投影元件之间。在电源方面，则需将数位电源与类比电源作适当隔离，并尽量远离光源所用之DC Switching相关元件，以避免开关切换时所产生之涟波耦合至影像讯号或面板电源产生干扰。至于散热及机构的稳固性设计，则会在下期做较深入的探讨。

结语

表一为各种微型投影技术之比较，若就模组体积而言，LASER Scanning技术所占空间最小，但由于LASER Diode取得不易、雷射的光斑及安全规范问题，目前尚无正式产品推出；至于使用LCoS、DLP技术的投影装置，市面已可陆续看到相关产品。就目前产品看来，LCoS仍需加强影像对比及亮度问题，而DLP则应将控制用ASIC作更进一步整合，减少在PCB所占用的空间。

从微型投影系统整合角度来看，首先要考虑传输介面的整合，根据想要整合的电子产品，考量成本和产品大小，选用适当的微型投影系统。消费者需要高速的传输介面，满足分享多媒体和高画质影像内容的需求，因此硬体线路走线就要避免杂讯干扰。现阶段微型投影系统整体耗电还是相当大，研发人员可先规划系统功耗、评估介面相容性、价格等因素，选择适合的微形投影模组，调校光源功率和亮度，并透过软硬体的电源管理设计，达到省电效果和延长工作时间。

（本文作者李政育为华宝通讯新技术开发部硬体／电子主任工程师；叶钠泰为华宝通讯新技术开发部韧体／DSP主任工程师）