甘霞

（武汉学院，湖北 武汉 430074）

基于OLED的图形发生器信号主机硬件设计与研究

甘霞

（武汉学院，湖北 武汉 430074）

本文描述了OLED图形发生器信号主机的硬件实施方案，该方案通过对硬件系统架构、硬件模块间的协作、模块的输入和输出端口的描述来明确设计方向，同时为每个硬件模块的进一步设计、硬件集成测试、售后维护等工作提供依据。

图形发生器；OLED电源；点灯机；C ELL面板

1 引言

OLED技术起源于欧美，但实现上大规模产业化的国家/地区主要集中在东亚，如日本、韩国、中国大陆和台湾地区等。据工业信息化部指出，2015年中国的液晶面板产能已经位居全球第二，仅落后于韩国，这是中国液晶面板行业多年努力的结果。OLED显示也有许多优点：OLED显示不需要背光，因此比其它技术更省电、更薄；OLED显示的响应时间非常快，在观看的时候没有移动模糊的现象；此外，OLED显示技术比其它技术的色彩更丰富。液晶面板产业的快速发展支持了国内电视、手机行业的发展。眼下OLED液晶市场开始进入高速增长阶段，国内各电视品牌开始加快推出OLED液晶电视，而手机等数码产品也开始大规模引入OLED液晶，技术领先的日韩台企业正在重新组合，强化研发投资争雄。随着OLED技术的不断发展，越来越多的国内的厂家可以生产出中小尺寸的OLED面板，与之对应的检测设备会有一个很大的需求量。

传统的OLED面板检测是依靠人工目视，由于人为因素导致误检或漏检不可避免，不合格产品流向市场，给企业带来严重后果。人工检测的主观性、速度慢和人工疲劳等原因导致质量下降，使得人工检测无法适应大规模生产。所以在未来的几年内OLED CELL面板检测设备的需求量将会逐步增大，此检测设备可以将部分不良类型的OLED CELL拦下，最大限度地降低成本，避免浪费。本文设计了一款OLED图形发生器信号主机的硬件架构，提供多通道、高电压信号和高电流电源，用于检测CELL面板的好坏。

2 主机的硬件系统架构

基于OLED的图形发生器信号主机的硬件系统架构框图如图1所示，整机系统采用ARM+FPGA的架构为核心的方式进行各功能模块扩展，整个图形发生器（PG）硬件由“电源模块”、“系统控制模块”、“数据分发模块”、“信号发生模块”、“功率放大模块”5个功能模块组成。其中核心控制板实现系统控制和数据分发，波形产生板1～6实现信号发生和功率放大，OLED电源生成模块实现OLED电源的生成，信号及电源输出板实现信号和OLED电源的输出以及功能扩展，底板实现系统电源生成、管理和各板卡间信号互联。

图1 系统架构框图

3 主要组成模块的功能

3.1 OLED电源模块

(1)电源产生模块

PG的电源系统采用带主动式PFC（功率因素校正）功能的电源作为基础供电单元，由于该电源使用了主动式PFC技术，交流输入电压需要在90V至264V范围内才可正常工作，交流输入范围可满足110V/220V两种规格的供电系统，基础供电单元为PG提供系统所需的±27V DC电源和+48V DC电源这两种。如表1系统基础供电单元输入和输出的电压。

表1 系统基础供电单元输入、输出电压

(2)电源生成模块

OLED电源生成模块采用独立功能模块的方式设计，与系统控制模块仅采用2对RS-485总线进行通讯，同时接入同步信号用以控制电源输出开关，共输出2CH的主电源和8CH的子电源。如表2描述了电源生成模块规格。

表2 电源生成模块规格

3.2 信号及电源输出板

OLED点灯机信号主机信号部分的输出幅度要求达到±20V（兼容±40V）的规格，且输出误差值不高于±0.1V，理想误差值可做到±0.05V以内，输出幅度可达40Vpp，以0.01V为步进来设定电压，带宽可达到DC～200KHz，同时要求输出波形可任意编辑，对此需求决定使用ARM+前级FPGA+后级FPGA+DAC+PA的架构进行应对，其中针对DAC的规格指标进行选型时，需重点关注输出信号建立时间、带宽和最小步进值。

3.3 核心控制板

核心控制板实现系统控制和数据分发，主要实现PC端以太网接入；外部设备接入；存储设备接入；波形数据的计算、存储、分发；输出信号的开关控制、参数调节控制；信号、电源输出状态监控等一系列核心功能。其中，ARM为本板的核心功能模块，提供所有的对外通讯接口，其中包括10M/ 100M以太网、RS232串口、USB_HOST端口、SD卡端口等主要的通讯端口，除此之外它的主要功能是在PG输出波形时将波形数据从存储器中取出，经过打包处理后将这些数据输出给Bridge单元，它与Bridge单元以EBI总线的方式传输数据。Bridge单元由FPGA构成，在PG输出波形时它通过EBI总线接收来自ARM的波形数据，然后通过6组LVDS总线将这些数据分发给6块功率放大板。

(1)系统控制模块

系统控制模块负责实现整机的数据中转与处理，实现PG各项功能的集中控制。在本项目中，主控制器采用的是ATMEL公司提供的芯片，该芯片集成了运行频率高达400MHz的处理器以及多个数据传输率超过100 Mbps的外设，支持多种存储器接口。PG的以太网接口通过外扩的以太网网口芯片来实现网络接口，SD_CARD接口使用芯片内置的安全数字输入输出控制器来实现SD_CARD读写功能，USB接口使用芯片内置的USB_HOST端口来实现，通信接口使用芯片内置的通用同步异步收发机来实现。

(2)数据分发模块

数据分发模块根据需求分别通过低分电压总线和RS485总线将波形数据分发到6个信号发生模块和2个电源发生模块中，本模块中的核心功能单元是通过16位EBI总线与系统控制模块实现高速并行通讯。

3.4 波形产生板

每块波形产生板都实现8个通道的输出信号的生成，同时实现过电流保护、过压保护、低电压保护等功能。其功能的具体实现方法为：用线性稳压器集成电路LM317和LM337作为线性电源将±12V开关电源转换为±6V的低噪声线性电源给本板模拟电路使用，再利用集成电路作为线性电源将+6V转换为+3.3V低噪声线性电源给数字模拟转换器DAC使用，最后再将+3.3V开关电源转换为+2.5V和+1.2V线性电源为FPGA（一种可编程的芯片）供电。

FPGA通过低压差分信号总线接收来自核心控制板的波形数据，并且将完整的波形数据存储到SRAM中，在输出波形时将数据从SRAM中取出来实时打入DAC中；在信号转换器中将波形数据转化为电压输出到功率放大器中；功率放大器将接收到的模拟小信号放大并且输出。

(1)信号发生模块

信号发生模块根据需求接收来自数据分发模块的数据并且可以输出任意波形的电压信号，该模块核心功能单元可以实现8个信号输出端口同时输出128阶的复杂波形数据，DAC在接收到这些数据之后将波形数据转化成电流量信号，然后通过I/V转换电路将电流量转换成电压量信号后送给后级的功率放大模块进行放大。

(2)功率放大模块

在本设计中，功率放大器组为核心技术单元，采用半分立式设计，整个信号链路由放大级、预推级、推动级以及功率放大这4部分组成，如图2所示。

图2 功率放大器原理框图

针对上图所示，根据框图特点，该放大器可支持最大200V电源，支持外扩功率放大三极管进行功率放大。

4 OLED CELLTEST检测流程

OLED点灯机信号主机是可提供多通道、高电压信号和高电流电源的信号发生器，在针对OLED CELL面板生产工序中，可检测CELL面板是否存在VLINE、HLINE、DOT、亮度衰减等不良异常。在整个检测系统中，OLED点灯机信号主机为OLED CELLTEST提供检测所需的信号源和电源，当CELL面板有缺陷时，可通过人工视觉识别方式或自动光检测系统进行缺陷判别。图3简要描述了OLED CELL TEST检测流程：当检测开始时，操作员首先应该扫描ID code二维码，当扫描完成之后，CIM电脑会记录当前待测CELL面板的相关信息，随后进入OLED CELL点灯机点灯测试操作，点灯结束后，操作员根据测试结果，在CIM系统中进行等级评判，评判完成后，将检测的结果分类存放在OLED CELL面板中，然后重新开始新一轮测试工作。

图3 OLED CELLTEST检测流程

5 结束语

随着OLED使用范围的增大，目前对其产品的检测技术要求也越来越高。关于OLED检测信号机的开发目前已有的研究结果较少，我们需要在现有的条件下以最快的速度研究和开发出一款检测功能更精确的主机，我们将通过研究新的功能模块来进一步优化此检测系统的性能。

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[2]陈金鑫，黄孝文．OLED有机电致发光材料与器件[M]．北京：清华大学出版社，2007．

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[4]郑凌．基于图像的轴承套加工缺陷检测研究[D]．杭州：浙江大学，2012．

[5]杨莉．基于机器视觉的VC M磁体检测系统的设计[D]．无锡：江南大学，2013．

[6]李桂锋．基于机器视觉的OLED缺陷检测系统设计[D]．成都：电子科技大学，2011．

The Design and Research of Signal Host Hardware Based on the OLED Graphics Generator

Gan Xia
(Wuhan College,Wuhan 430074,Hubei)

This article describes the design of the OLED graphics generator signal host from the hardware system architecture, the collaboration of hardware modules,the input and output modules.It provides the basis for further design of every hardware module,hardware integration test,and after-sales maintenance work.

graphics generator;OLED power;pattern generator;CELL panel

TP391.41

A

1008-6609(2016)12-0032-03

甘霞（1982-），女，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向为数字图像处理。

2014年度中南财经政法大学武汉学院院级教学研究改革项目《面向区域产业的软件工程专业教学模式改革与实践》，项目编号：JY 201409。