專利名稱::一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路及其運(yùn)作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種CMOS集成電路設(shè)計(jì),尤其涉及一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)及其運(yùn)作方法,通過驅(qū)動(dòng)電路器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn),達(dá)到提高驅(qū)動(dòng)速度、降低功耗的要求。
背景技術(shù):
:在太陽能資源應(yīng)用到研究的過程中,常常需要用到許多應(yīng)用器件??臻g光調(diào)制器即是其中之一,而該空間光調(diào)制器大部分為由電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng),可實(shí)時(shí)地在空間上調(diào)制光束,對(duì)光電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,是構(gòu)成實(shí)時(shí)光學(xué)信息處理、光計(jì)算和光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)的關(guān)鍵器件,能夠快速完成矩陣乘除等復(fù)雜運(yùn)算?;谝壕Чに嚨目臻g光調(diào)制器,其轉(zhuǎn)換速率大多為數(shù)千幀每秒,而多量子阱工藝的空間光調(diào)制器則可達(dá)到5萬甚至10萬幀每秒的速率。顯然,基于多量子阱工藝的空間光調(diào)制器比起傳統(tǒng)的液晶調(diào)制器,擁有更低的功耗和更快的響應(yīng)速度。傳統(tǒng)采用片內(nèi)電流源對(duì)采樣電容進(jìn)行充電,而采樣時(shí)間往往過長(zhǎng),與基于多量子阱工藝的空間光調(diào)制器效率相沖突。因此為了更好地發(fā)揮多量子阱空間光調(diào)制器的優(yōu)點(diǎn)、推廣應(yīng)用,對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)制造,尤其是驅(qū)動(dòng)電路處理速度及功耗等方面提出了更高的要求。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述對(duì)空間光調(diào)制器應(yīng)用上的需求,本發(fā)明的目的旨在提出一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路及其運(yùn)作方法,為空間光調(diào)制器快速提供合適的驅(qū)動(dòng)電壓,并進(jìn)一步降低功耗。本發(fā)明的一個(gè)目的,將通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)—種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,基于多量子阱的空間光調(diào)制器以倒裝焊結(jié)構(gòu)前向連接有一驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和驅(qū)動(dòng)像素陣列,以及信號(hào)連接至兩者的控制電路,其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有復(fù)數(shù)個(gè)橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其輸出緩沖,且各輸出緩沖還并設(shè)有偏置電路;所述驅(qū)動(dòng)像素陣列的橫排與縱列數(shù)量與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)量相同;所述控制電路含有一級(jí)寄存器存儲(chǔ)數(shù)據(jù),以行掃描的方式實(shí)現(xiàn)賦值。進(jìn)一步地,前述一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其中該數(shù)模轉(zhuǎn)換單元前向連接有一個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元,并且該數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元與控制電路受控相連,其至少包括數(shù)字寄存器。進(jìn)一步地,該數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有64個(gè)橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其輸出緩沖;所述驅(qū)動(dòng)像素陣列具有64X64個(gè)像素單元。上述本發(fā)明空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法為1、由控制電路將數(shù)字信號(hào)分組并依次分配給各橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器;n、由所述全部數(shù)模轉(zhuǎn)換器一次同步轉(zhuǎn)換得到組數(shù)個(gè)模擬信號(hào),并將該些模擬信3號(hào)傳輸至驅(qū)動(dòng)像素陣列中的任一行;ni、對(duì)應(yīng)一行的各像素單元對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,并持續(xù)輸出采樣的電平;IV、數(shù)模轉(zhuǎn)換器斷開與當(dāng)前行像素單元的連接,并連接至下一行的像素單元、V、循環(huán)步驟IIIV,直至空間光調(diào)制器需要輸出新的信號(hào)。進(jìn)一步地,前述一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,步驟I中所述數(shù)字信號(hào)在輸入緩沖單元內(nèi)由控制器進(jìn)行分組及分配。該數(shù)字信號(hào)分組為8位/組,各組依序分配給各8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步地,前述一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,其中該驅(qū)動(dòng)像素陣列的采樣及持續(xù)輸出兩種模式間的切換是通過控制電路選擇實(shí)現(xiàn)的。上述本發(fā)明一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路及其運(yùn)作方法,從電路結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn),引出一種新型的電路運(yùn)作方法,具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn),便于低成本制造,為空間光調(diào)制器的推廣應(yīng)用提供了可行的保障。圖1是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的整體結(jié)構(gòu)框圖;圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)化示意圖;圖3是本發(fā)明采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本發(fā)明采用的輸出緩沖的電路結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明采用的像素單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路及其運(yùn)作方法更易于理解,以下結(jié)合實(shí)施例附圖,對(duì)該驅(qū)動(dòng)電路作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。如圖l和圖2所示的本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的整體結(jié)構(gòu)框圖和簡(jiǎn)化示意圖。從圖中所示可見該一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其核心電路包括32位的數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元、64個(gè)橫向排列的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(以下簡(jiǎn)稱DAC)及其輸出緩沖構(gòu)成的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元,以及64X64的驅(qū)動(dòng)像素陣列,并且一側(cè)設(shè)有控制電路,與上述數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元及驅(qū)動(dòng)像素陣列分別信號(hào)相連,用于控制各構(gòu)成單元的工作狀態(tài);而另一側(cè)則設(shè)有一偏置電路,與各數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出緩沖并設(shè),旨在放大轉(zhuǎn)換得到的模擬信號(hào),提升調(diào)制精度。如圖3所示的本發(fā)明數(shù)模轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖可見上述該數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有64個(gè)橫向排列的DAC,其中各DAC之間相互并行、獨(dú)立,分別受控于控制電路,用于將來自輸入緩沖器的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)輸出,提供給驅(qū)動(dòng)像素單元采樣、輸出之用。由于64個(gè)DAC橫向排列,故而需要每個(gè)DAC與像素單元等寬??紤]到DAC的速度、精度和單調(diào)性并滿足集成電路面積的要求,此處采用了電阻串(resistor-string)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)4位D/A轉(zhuǎn)換??刂崎_關(guān)的閉合與關(guān)斷情況和DAC輸出結(jié)果如表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1如圖4所示的本發(fā)明輸出緩沖的電路結(jié)構(gòu)示意圖可見因?yàn)樵?4個(gè)DAC和64X64個(gè)像素單元的輸出級(jí)都需要用到緩沖器,所以緩沖器的功耗對(duì)整個(gè)芯片的功耗影響很大,同時(shí)有需要兼顧輸出響應(yīng)速度和精度的要求,故此該輸出緩沖采用了AB類運(yùn)放的結(jié)構(gòu),并以單位反饋的形式參與運(yùn)作。如圖4所示,MN1MN6,MP1MP3的MOSFET構(gòu)成了AB類輸出級(jí)。相較于一般A類運(yùn)放只能以固定電流充電,AB類運(yùn)放通過對(duì)MP3管柵壓的控制,可以獲得較大的充電電流,在保持較低靜態(tài)功耗的情況下?lián)碛辛己玫膭?dòng)態(tài)特性。如圖5所示的本發(fā)明像素單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖可見,該64X64的驅(qū)動(dòng)像素陣列中各像素單元結(jié)構(gòu)均相同,主要包括采樣保持電容,采樣開關(guān)和一個(gè)輸出緩沖器。該驅(qū)動(dòng)電路于實(shí)際運(yùn)作過程為首先數(shù)字信號(hào)由外部通過32位的數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元輸入,存儲(chǔ)在其寄存器中;再由控制電路將該數(shù)字信號(hào)分組、依次分配給64個(gè)4位的DAC,轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào),進(jìn)而傳輸給64X64的驅(qū)動(dòng)像素陣列,并由控制電路選擇像素單元的采樣/保持模式。細(xì)化來看將64組4位的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為64個(gè)模擬信號(hào),并將該些模擬信號(hào)傳至64X64個(gè)像素單元中的某一行,像素單元對(duì)來自DAC的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,并在完成后持續(xù)輸出采樣的電平,直至下一次采樣;繼而64個(gè)DAC斷開與該行像素單元的連接,并跳轉(zhuǎn)連接到下一行像素單元。循環(huán)上述過程,當(dāng)64X64個(gè)像素都完成采樣工作后,輸出一幀的電壓信號(hào),驅(qū)動(dòng)空間光調(diào)制器(圖2為簡(jiǎn)化了的驅(qū)動(dòng)電路示意圖),保持輸出電平直至需要輸出新的信號(hào)。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路采用倒裝焊的方式與空間光調(diào)制器相連接,通過本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu),引出一種新型的電路運(yùn)作方法,將電壓信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)化與驅(qū)動(dòng)像素單元相分離,有效解決了傳統(tǒng)依靠像素內(nèi)積分電路產(chǎn)生模擬電壓信號(hào)的高能耗問題。該驅(qū)動(dòng)電路具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn),便于低成本制造,為空間光調(diào)制器的推廣應(yīng)用提供了可行的保障。綜上所述,僅是通過本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)特征及其運(yùn)作方法的詳細(xì)描述,旨在加深對(duì)本發(fā)明的理解,并非以此限制本專利應(yīng)用實(shí)施的范圍及多變性。故凡是相對(duì)于本發(fā)明上述實(shí)施例等效或近似的結(jié)構(gòu)變換,可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的設(shè)計(jì)方案,均應(yīng)該被視為屬于本發(fā)明專利保護(hù)的范疇。權(quán)利要求一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,基于多量子阱的空間光調(diào)制器前向連接有一驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和驅(qū)動(dòng)像素陣列,以及信號(hào)連接至兩者的控制電路,其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有復(fù)數(shù)個(gè)橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其輸出緩沖,且各輸出緩沖還并設(shè)有偏置電路;所述驅(qū)動(dòng)像素陣列的橫排與縱列數(shù)量與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)量相同;所述控制電路含有一級(jí)寄存器存儲(chǔ)數(shù)據(jù),以行掃描的方式賦值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元前向連接有一個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元,并且所述數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元與控制電路受控相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述數(shù)字信號(hào)輸入緩沖單元至少包括數(shù)字寄存器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有64個(gè)橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其輸出緩沖;所述驅(qū)動(dòng)像素陣列具有64X64個(gè)像素單元。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路與空間光調(diào)制器為倒裝焊的連接結(jié)構(gòu)。6.權(quán)利要求1所述一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,其特征步驟包括I、由控制電路將數(shù)字信號(hào)分組并依次分配給各橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器;II、由所述全部數(shù)模轉(zhuǎn)換器一次同步轉(zhuǎn)換得到組數(shù)個(gè)模擬信號(hào),并將該些模擬信號(hào)傳輸至驅(qū)動(dòng)像素陣列中的任一行;III、對(duì)應(yīng)一行的各像素單元對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,并持續(xù)輸出采樣的電平;IV、數(shù)模轉(zhuǎn)換器斷開與當(dāng)前行像素單元的連接,并連接至下一行的像素單元、V、循環(huán)步驟IIIV,直至空間光調(diào)制器需要輸出新的信號(hào)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,其特征在于步驟I中所述數(shù)字信號(hào)在輸入緩沖單元內(nèi)由控制器進(jìn)行分組及分配。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,其特征在于步驟I中所述數(shù)字信號(hào)分組為8位/組,各組依序分配給各8位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路的運(yùn)作方法,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)像素陣列的采樣及持續(xù)輸出兩種模式間的切換是通過控制電路選擇。全文摘要本發(fā)明揭示了一種空間光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電路,基于多量子阱的空間光調(diào)制器前向連接有一驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)電路包括信號(hào)相連的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元和驅(qū)動(dòng)像素陣列,以及信號(hào)連接至兩者的控制電路,其中所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元具有復(fù)數(shù)個(gè)橫向排列且相互并行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其輸出緩沖,且各輸出緩沖還并設(shè)有偏置電路;所述驅(qū)動(dòng)像素陣列的橫排與縱列數(shù)量與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)量相同。向該驅(qū)動(dòng)電路輸入數(shù)字信號(hào),經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)傳至驅(qū)動(dòng)像素陣列保存輸出。本發(fā)明具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)響應(yīng)速度高、功耗低的優(yōu)點(diǎn),便于低成本制造,為空間光調(diào)制器的推廣應(yīng)用提供了可行的保障。文檔編號(hào)G09G3/36GK101783105SQ20101011211公開日2010年7月21日申請(qǐng)日期2010年2月22日優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日發(fā)明者張耀輝,朱從義,朱明皓申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所