基于FPGA的LCoS SLM实时驱动控制系统

《IEEE Embedded Systems Letters》：A Control System for Real-Time Driving of LCoS SLM Based on FPGA

LCoS相位调制器FPGA控制系统设计实现低功耗高刷新率显示，采用HDMI多路复用数据映射方法支持2460×1620@120Hz全分辨率实时投影，功耗降至5.70nW/像素，翻转率达1.22kHz。

　　

摘要：

利用仅相位调制的硅基液晶（LCoS）技术具有广泛的应用前景。高效管理高速数据流和复杂逻辑控制对于驱动LCoS芯片至关重要。本文介绍了一种基于FPGA的控制系统，用于控制一个分辨率为2460×1620、刷新率为120 Hz的LCoS相位调制器。我们提出了一种带宽高效的数据映射方法，通过复用HDMI传输协议来实现。该系统支持全分辨率显示，并便于实时投影。与之前的实现方案相比，所提出的系统每像素的功耗更低，仅为5.70 nW。此外，驱动的LCoS芯片的翻转频率提高了1.22 kHz。这项工作证明了所提出系统的有效性和可行性，为LCoS应用提供了一个可适应多种实现的强大平台。

引言

LCoS技术源自液晶显示器（LCD）技术，因其成熟的生产工艺和成本效益而受到青睐。它应用于多种领域，尤其是在幅度调制和相位调制设备中[1]、[2]。具体而言，幅度调制的LCoS设备用于数字全息术和显示系统[3]，而相位调制设备在衍射光学中的全息投影中起着关键作用[4]、[5]、[6]。波长选择开关、空间光调制器（SLM）和数字全息术等技术也依赖于相位调制[7]、[8]、[9]。传统上，GPU负责图像和视频处理任务，但往往伴随着高功耗和较长的开发周期。因此，需要一个更具适应性的设计平台。FPGA技术提供了一个多功能且可定制的平台，在实时图像处理中得到了广泛应用。许多研究集中在显示芯片的设计和控制上。例如，[11]中描述了一种使用LCoS的颜色全息显示系统。Qin等人[12]提出了一种结合双倍数据速率3同步动态随机存取存储器（DDR3 SDRAM）的LCoS显示系统，实现了180 Hz的场序驱动显示。为了降低功耗，Eo等人[13]提出了一种LCoS系统的时序控制器架构，该架构可以补偿屏幕失真并提高亮度，并通过FHD LCoS面板进行了验证。虽然许多关于LCoS的研究都针对应用和芯片设计，但控制系统相对较少受到关注[10]、[11]。然而，传统的处理系统往往无法满足先进LCoS芯片所需的高分辨率和刷新率要求。