CC BY
44Компоненты и технологии, № 6'2002
Продолжение, начало в № 5'2002
Основные направления развития
вакуумных люминесцентных индикаторов Noritake Itron
В предыдущей статье (№ 5 2002), посвященной вакуумно-люминесцентным индикаторным изделиям Ыогйаке 1Ггоп, были рассмотрены их основные преимущества: высокая яркость, широкий угол обзора, быстрое обновление видимого поля за счет отсутствия инерционности, возможность использования в расширенном диапазоне рабочих температур и многие другие. В этой статье будут более подробно рассмотрены современные тенденции развития вакуумно-люминесцентных индикаторных приборов на примере продукции Ыогйаке !Ггоп.
Сергей Антонов
display@recomp.ru
Совершенно естественно, что в первую очередь была решена задача интеграции ВЛТИ и управляющих схем c помощью технологии «чип-в-трубке». Индикатор с большим количеством сегментов (например, графических или мнемонических) содержит огромное количество выводов, трудно поддающихся изготовлению, транспортировке и монтажу. Обойти это узкое место позволяет технология встраивания управляющих схем в индикатор, получившая название «чип-в-трубке» («Chip In Glass — CIG»), заключающаяся в размещении внутри колбы индикатора полупроводниковых кристаллов с драйверами и памятью. Кристаллы соединены с фосфорными точками, используемыми в качестве анодов. Таким образом, внутри трубки находятся полупроводниковые чипы, что и породило название этой технологии.
Давайте рассмотрим основные принципы, на которых основана технология «чип-в-трубке».
Принцип действия ВЛИ со встроенными драйверами
Устройство ВЛИ, изготовленного с применением технологии «чип-в-трубке», показано на рис. 1.
Полупроводниковый кристалл драйвера размещен на стеклянной пластине под рамкой и электрически соединен с электродами, которые размещены на основании. Данные и питание драйвера поступают с внешних выводов по проводящим дорожкам на стеклянной пластине. Выходы драйверов соединены по той пластине с соответствующими анодами — сегментами индикатора (люминофорами) и (или) сетками.
Кристалл драйвера
Структура драйвера, используемого во ВЛИ по технологии «чип-в-трубке», приведена на рис. 2. Драйвер состоит из преобразователей уровня, регистров (защелок и сдвиговых) и выполняется по КМОП-технологии. Обычно во ВЛИ устанавливается от одного до четырех 96/128/144-битных драйверов, в зависимости от модели ВЛИ.
Обычные ВЛИ со встроенными драйверами требуют довольно большого дополнительного пространства для установки кристаллов, из-за чего их габариты заметно вырастают. Компания Noиtake Йгоп применяет конструкцию ВЛИ, где катод опирается на рамку, под которой располагаются компактные драйверные кристаллы. Благодаря такому конструктивному решению снижаются габариты индикатора со встроенными драйверами. Отсутствие внеш-
Output (То internal Grid or Anode) Гг
96bit Driver
fT VDD2 Vddi
Level Shifter
LAT —» Latch «— BK
SI—» CLK—> T T
96bit Shift Register —»so
Рис. 2. Структура драйвера, используемого во ВЛИ по технологии «чип-в-трубке»
Компоненты и технологии, № 6'2002
Sl-
CLK-
LAT-
BK-
Driver
MONO LOUD MUTE _______________MULTI 12345
-------------- TRACKIÄÖT51 I manual
Example of Custom Design Display Pattern
Рис. 3. Пример ВЛИ со встроенными драйверами, работающего в статическом режиме управления
них драйверов позволяет уменьшить общие габариты оборудования, в котором применяются ВЛИ, упростить монтаж и повысить надежность конечных изделий.
Способы управления ВЛИ со встроенными драйверами
Существует два вида управления ВЛИ со встроенными драйверами: статический и мультиплексированный. Мультиплексированный, в свою очередь, подразделяется на два типа: с общим драйвером сеток и анодов и с независимыми драйверами сеток и анодов.
• Статический: каждый анод управляется выделенным выходом драйвера.
• Мультиплексированный:
- с общим драйвером: аноды и сетки управляются поочередно одним драйвером;
- с независимыми драйверами сеток и анодов: аноды и сетки имеют раздельные драйверы, поочередно подключающие соответствующие электроды.
Статическое управление ВЛИ со встроенными драйверами
Статическое управление означает, что каждый выход драйвера соединен непосредственно с соответствующим сегментом. Напряжение на сетку, охватывающую все аноды, подается непосредственно с внешнего вывода, минуя управляющие схемы кристалла драйвера. Статическое управление требует большего количества выходов драйвера по сравнению с мультиплексированным управлением, зато имеет заметное преимущество в свободе выбора формы сегментов и отсутствии «глухих» зон для разделения сеток, а также обеспечивает максимальную яркость. ВЛИ со встроенными драйверами подходят для приложений, где требуется выполнить сегменты произвольной формы и обеспечить высокую яркость изображения. На рис. 3 приведен пример ВЛИ со встроенными драйверами, работающего в статическом режиме управления. В данном примере используются два драйверных кристалла.
Мультиплексированное управление ВЛИ со встроенными драйверами
В мультиплексированном ВЛИ со встроенными драйверами выходы управляющих кристаллов также соединяются с каждой сеткой и каждым анодом.
• Мультиплексированный ВЛИ с общим драйвером (рис. 4): аноды и сетки управляются поочередно одним драйвером, при этом один выход драйвера соединен с несколькими анодами. Использование принципа общего драйвера позволяет уменьшить количество кристаллов, встраиваемых внутрь ВЛИ, и снизить его стоимость, но требует более сложного программного обеспечения, поскольку в одном потоке данных передаются как сигналы управления сетками, так и сигналы управления анодами. Управление по принципу общего драйвера применяется обычно во ВЛИ
с относительно небольшим числом сегментов, например мнемонических.
• Мультиплексированный ВЛИ с независимыми драйверами сеток и анодов (рис. 5): аноды и сетки имеют раздельные драйверы, поочередно подключающие соответствующие электроды. Применение независимых драйверов требует большего количества кристаллов, но это оправданно для ВЛИ с большим количеством сегментов, например, графических.
В любом случае, методы мультиплексированного управления ВЛИ позволяют снизить габариты и стоимость индикаторов по сравнению с индикаторами, в которых используется статический метод управления.
Развитие вакуумно-люминесцентной технологии привело к появлению активно-матричных графических ВЛИ, как одной из разновидностей ВЛИ со встроенным драйвером, а также ВЛИ с жесткой сеткой.
Активно-матричные ВЛИ
ВЛИ с активной матрицей позволяют получить графический индикатор большого разрешения. Активно-матричная технология ВЛИ является разновидностью технологии индикаторов со встроенными в трубку драйверами. Конструкция ВЛИ с активной матрицей изображена на рис. 6-8.
Активная матрица состоит из полупроводниковых кристаллов размером 5x5 мм, содержащих матрицу люминофора 16x16 элементов, драйвер и память. Для получения широкой области отображения эти маленькие кристаллы размещаются в виде плотно и точно подогнанной мозаики на стеклянной пластине. Только два чипа могут быть уложены встык по направлению У, поскольку требуется пространство для размещения соединительных проводников (рис. 6).
Рис. 6. Активная матрица ВЛИ — «мозаика» драйверных кристаллов
Компоненты и технологии, № 6'2002
Bonding Wire Filament Grid pho5phor on Chip
Л-"''' ^ •/ •
\ у' Ч ”
"Lead Pin
Silicon Chip Glass Plate Cut Model
Рис. 7. Разрез ВЛИ с активной матрицей
Как и обычный ВЛИ, прибор с активной матрицей имеет катодные нити, излучающие электроны, металлическую сетку для ускорения электронов и аноды, покрытые люминофором, светящимся под воздействием электронов, притянутых анодом.
По сравнению с обычными ВЛИ, графический индикатор с активной матрицей имеет меньшее количество внешних выводов, что облегчает монтаж и повышает надежность конечной продукции в целом.
Технология, основанная на применении активной матрицы, позволяет построить графический индикатор высокого разрешения с одной сеткой, избегая применения сложной системы из нескольких сеток, применяемых в прочих графических ВЛИ.
Структура драйверного кристалла, используемого в активно-матричных ВЛИ, представлена на рис. 9
Вышеописанные конструкции ВЛИ имеют общий элемент конструкции — металлическую сетку, опирающуюся на специальную рамку. Ее наличие порождает некоторые недостатки, свойственные индикаторам с таким устройством: зависимость изображения от механических и температурных воздействий на индикатор, необходимость использовать часть объема индикатора для размещения сетки и ее опор, а также учитывать при создании индикатора механические ограничения по натяжению сетки и расположению точек крепления. Выход, позволяющий преодолеть названные недостатки ВЛИ, состоит в изготовлении сетки в виде проводника, нанесенного по толстопленочной технологии на верхнюю часть жестких опор (ребер), прикрепленных к стеклянному основанию индикатора (см. рис. 9).
В остальном устройство ВЛИ с жесткой сеткой аналогично устройству обычного ВЛИ (см. рис. 10).
CLK-SI -
LAT —
EN — Vddi —
VDD2 -----
GND—
256bit Shift-Register <>
256bit Latch
Output Enable
<>
Level Shifter <>
25àbit C-MOS Driver
16x16dot-matrix Output
□ D..................□□
-»SO
To Next Chip
SI
CLK, LAT, EN -4
-»so
CLKa LATa-ENa <
CLKb1
LATb
ENb
128x16dot type (8 chips array)
—ц—
Sla — а
Sib — Ь
-ч—
►SOa
►SOb
256x32dot type (16 chips array x2)
Рис. 9. Структура драйвера активно-матричного ВЛИ
Конструкция ВЛИ с жесткой сеткой сохраняет свою форму вне зависимости от размера сетки и жестких режимов работы: больших токов и напряжений питания, необходимых для получения высокой яркости; нагревания; вибрации.
ВЛИ с жесткой сеткой управляется микропроцессором или ИС контроллера обычного ВЛИ. Благодаря отсутствию необходимости отделения металлической ячеистой сетки, как в обычном ВЛИ, в случае прибора с жесткой
Lead Phosphor Anode
Рис. 10. Устройство ВЛИ с жесткой сеткой
сеткой можно обеспечить оптимальную форму анода и сетки, что подразумевает наличие минимального количества внешних выводов.
Применение жесткой сетки при изготовлении ВЛИ позволяет уменьшить расстояния между сегментами изображения и, тем самым, повысить его качество и отчетливость, а также сократить габариты индикатора.
Сочетание встроенных драйверов и жесткой сетки
Применение встроенных драйверов во ВЛИ с жесткой сеткой позволило еще больше расширить возможности формирования сегментов изображения, управляя ВЛИ как в мультиплексированном, так и в статическом режиме (см. рис. 11).
ВЛИ с изменяемым цветом изображения
Для получения ВЛИ с изменяемым цветом изображения используют двухуровневую конструкцию анода (рис. 12-14).
Широтно-импульсное управление позволяет получить различные цвета для визуального
Phosphor
Filament
Lead Pin
t in Driver Glass Substrate Filament Support
Рис. 11. ВЛИ со встроенными драйверами и жесткой сеткой
Компоненты и технологии, № 6'2002
Таблица 1. Интерфейсы ВЛИ-модулей Noritake Itron
Phosphor! Xnode
Рис. 13. Конструкция ВЛИ с переменным цветом изображения
88 88 88 88 88
itisnti І ШИК мю І I
Рис. 15. ВЛИ с тонкими градациями цвета
Интерфейс Тип Линии Длина кабеля, м Частота Серии символьных модулей Серии графических модулей
Синхронный Тактируемый последовательный Clock, Sin, Reset, (C/D) < 1,3 <1 МГц AU, CUx-T2/V GU-8, -K6xx
тельный SPI Clock, Sin, Sout, /SS, Reset < 2 < 1 МГц CUx-V -K6xx
I2C Clock, Bi Directional Data < 1 < 1 МГц Индивидуальный заказ Индивидуальный заказ
Асинхронный последова- тельный ТТЛ/КМОП SIN, SOUT < 1 < 250 кГц CUx-T, -V -K610, 3000
RS232C RXD, TXD, DTR, CTS < 30 < 115 кГц CUx-V -K612, 3000
RS485 A, B < 1000 < 115 кГц Индивидуальный заказ -K611
USB A, B < 2 < 2 МГц Индивидуальный заказ Индивидуальный заказ
Параллель- ный M68 BUS E, R/W, Rs, D0-D7 < 0,5 < 32 МГц CUx-U GU-3xx/8xx
i80 BUS /WR, /RD, A0, D0-D7 < 0,5 < 32 МГц CUx-U GU-3xx/8xx
PORT STROBE, BUSY, D0-D7 < 2 < 8 МГц CUx-T Индивидуальный заказ
Таблица 3. Символьные модули Noritake Itron с определяемыми пользователями символами
отображения уровня сигнала или предупреждения об опасности.
ВЛИ с тонкими градациями цвета
Многих производителей аудио- и видеоаппаратуры заинтересовала новая технология, запатентованная Ыогйаке Йгоп, позволяющая получить превосходное сочетание разнообразия цветов, отчетливости и яркости изображения, которое едва ли доступно прочим технологиям отображения информации. Для производства серийной продукции (например, бытовой техники) Ыогйаке Йгоп выпускает заказные ВЛИ с учетом индивидуальных требований заказчика. Пример индикатора см. на рис. 15.
Формат Тип Размер символа (высотахширина), мм Формат символа Размер видимой области, мм Габариты, мм Питание, В/мА Интер- фейс Число ОПС
14x1 CU20025-TW200A 8,0x4,5 5x7 85,8x8 126x30 5,0 / 260 * 14
16x1 CU20025SCPB-T20A 5,1 x2,6 5x7 62x5 100x28 5,0 / 200 * 16
20x1 CU20025SCPB-W20A 8,8x4,5 5x7 111x9 164x34 5,0 / 300 || и * 8
20x1 CU20026SCPB-T30A 8,8x4,45 5x7 111x9 164x34 5,0 / 300 || и * 8
20x1 CU20026SCPB-KS20AB 15,1x8,2 5x7 250x15 300x60 5,0 / 800 || и * 8
20x1 CU20026SCPB-T28A 25,5x13,4 5x7 315x26 370x50 5,0 / 1800 || и * 8
20x1 CU20025SCPB-KT70A 5,0x3,0 5x7 93,55x5,0 150x32 5,0 / 200 || и * 8
40x1 CU20029SCPB-KV90B 5,0x3,0 5x7,Cur 179x6 226x40 5,0 / 350 || и * 8
16x2 CU2X20029SCPB-KV91B 4,7x2,6 5x7 62x13 96x35 5,0 / 150 || и * 16
20x2 CU20029SCPB-W30A 4,7x2,65 5x7,Cur 79x12,9 124x40 5,0 / 280 || и * 16
20x2 CU20029SCPB-W32A 4,7x2,6 5x7,Cur 79x15 124x40 5,0 / 320 || и * 8
20x2 CU20029SCPB-T20A 4,7x2,6 5x7,Cur 79x15 124x40 5,0 / 320 || и * 8
20x2 CU20029SCPB-T21A 5,0x3,5 5x7,Cur 96,6x14 161x34 5,0 / 400 || и * 1
20x2 CU20029SCPB-T23A 5,0x3,5 5x7,Cur 96,6x14 176x44 5,0 / 320 || 8
20x2 CU200211SCPB-T60A 5,0x3,5 5x7,Cur 100x14 161x34 5,0 / 400 || и * 8
20x2 CU40026SCPB-KT90B 5,05x3,55 5x7 102,3x17,6 127x57,1 5,0 / 400 || 0
20x2 CU40026SCPB-T27A 9,0x5,25 5x7,Cur, DP 158,6x22,5 190x55 12,0 / 260 * 40
2x20x2 CU20045SCPB-T28A Примечание. Двусторонний модуль для кассовых машин 9,0x5,25 5x7,Cur, DP 158,6x22,5 190x55 12,0 / 520 * 80
20x2 CU20045SCPB-W20A 9,2x3,8 5x7 102,6x18,8 146x43 5,0 / 460 || и * 16
20x2 CU20045SCPB-KT70A 9,2x3,8 5x7 102,6x18,8 146x43 5,0 / 460 * 16
20x2 CU20045SCPB-T31A 9,5x6,2 5x7 153x24 205x47 5,0 / 700 || и * 8
20x2 CU20049SCPB-T22A 9,5x6,2 5x7 153x24 205x47 5,0 / 700 || и * 8
20x2 CU200413SCPB-T20A 9,5x6,2 5x7 153x24 205x47 5,0 / 700 || и * 8
20x2 CU40026SCPB-T20A 11,2,x,6,4 P D iC ,x 5 192x29 248x69 5,0 / 1100 || и * 4
40x2 CU40046SCPB-T20A 5,05x3,3 5x7 188,6x16 242x52 5,0 / 750 * 80
40x2 CU20025-TW200A 5,1 x3,3 5x7,Cur 189x16 240x43 5,0 / 700 || и * 2
20x4 CU20025SCPB-T20A 5,0x2,95 5x7 88x23 133x53 5,0 / 400 || и * 16
20x4 CU20025SCPB-W20A 5,0x2,95 5x7 88x23 133x53 5,0 / 400 || и * 16
20x4 CU20026SCPB-T30A 5,0x3,0 5x7 90,4x26,0 140x62 5,0 / 350 || и * 16
20x4 CU20026SCPB-KS20AB 5,0x3,0 5x7 90,4x26,0 150x64 5,0 / 310 || и * 16
20x4 CU20026SCPB-T28A 9,1x6,4 5x7 164x42 222x74 5,0 / 1100 || и * 8
20x4 CU20025SCPB-KT70A 12,5x7,7 5x7 209x59 266x126 5,0 / 1800 || и * 2
40x2 CU20029SCPB-KV90B 5,05x3,3 5x7,Cur 188,55x16 240x43 5,0 / 700 || и * 12
40x4 CU2X20029SCPB-KV91B 5,0x3,5 5 x7,Cur 189x30 250x60 5,0 / 1400 || и * 12
Примечание. Условные обозначения:
— последовательный; || — параллельный; Cur — курсор; DP — десятичная точка
Широкая номенклатура ВЛИ и индикаторных модулей Ыогйаке Йгоп, постоянно пополняемая новыми моделями, позволяет во многих случаях решить задачи отображения информации на основе стандартных приборов. Наиболее оправданным в условиях ограниченного времени, отпускаемого на НИОКР и возвращение средств, инвестированных в разработку конечного изделия, является применение индикаторных модулей, созданных путем интеграции ВЛИ с кон--------------------www.finestreet.ru -
троллером и интерфейсными схемами, благодаря таким свойствам индикаторных модулей, как:
• использование унифицированных интерфейсов (см. табл. 1);
• простая подача питающих напряжений, в ряде случаев — использование единственного источника питания;
• наличие встроенных знакогенераторов;
• снижение габаритов и массы модулей с помощью бестрансформаторной технологии.
Для российских производителей оборудования, по крайней мере для тех, кто ориентируется на нужды внутреннего рынка, одним из ключевых вопросов при выборе индикаторного прибора является возможность отображения на нем символов кириллицы. Это можно сделать при помощи графических модулей практически любой модели, программным путем генерируя изображения соответствующих символов алфавита, либо с помощью знакогенератора символьного или
Компоненты и технологии, № 6'2002
графического ВЛИ-модуля, отображающего определяемые пользователем символы (User Definable Font) или записанные в знакогенераторе символы кириллицы, если таковое предусмотрел изготовитель ВЛИ.
Таблица 2. Способы отображения знаков кириллицы
Символьные ВЛИ-модули - использование определяемых пользователем символов (User Definable Font); - использование символов знакогенератора
Графические ВЛИ-модули - программное определение шрифта; - использование определяемых пользователем символов (User Definable Font); - использование символов знакогенератора
Таблица 4. Модули Noritake Itron серии 7000
В номенклатуре Noritake Itron имеются следующие символьные модули, позволяющие применять определяемые пользователем символы (ОПС). Полный набор символов кириллицы получается благодаря использованию общих с латинским алфавитом символов и заданных разработчиком ОПС.
Радостная для российских конструкторов РЭА новость: серия GU-7000 графических ВЛИ-модулей Noritake Itron содержит символы кириллицы в знакогенераторе!
Серия GU-7000 графических ВЛИ-модулей Noritake Itron
• ASCII + 11 многоразмерных шрифтов.
• Синхронный последовательный, параллельный и RS232 интерфейсы.
Число точек XxY Эквив. символьный формат Тип Шаг точек, мм Видимая область, мм Габариты печатной платы Питание В/мА (все точки включены) Число шрифтов знако- генетора Интерфейс
112x16 18x2 GU112x16G-7000 0,47x0,725 52,5x11,45 80x36 5/260 11 fonts Пар. и посл. RS232
GU112x16G-7002 Пар., асинх., синх.
GU112x16G-7003 Асинх. и синх. посл.
140x16 23x2 GU140x16G-7000 0,5x0,725 69,85x11,45 116x37 5/290 11 fonts Пар. и посл. RS232
GU140x16G-7002 Пар., асинх., синх.
GU140x16G-7003 Асинх. и синх. посл.
140x32 23x4 GU140x32F-7000 0,5x0,68 69,85x21,61 98x60 5/400 11 fonts Пар. и посл. RS232
GU140x32F-7002 Пар., асинх., синх.
GU140x32F-7003 Асинх. и синх. посл.
Расширенный диапазон рабочих температур. В заключение приведем краткое руководст Один источник питания 5 В. во по выбору модуля ВЛИ (табл. 5).
Таблица 5
Условия применения Параметр ВЛИ
Расстояние до оператора, м <=1 <= 3 <= 8 Высота символа/ размер точки 3-6 мм/0.3-0.7 мм 8-12 мм/0.8-1.1 мм 15-25 мм/1.5-3 мм
Шаблон изображения 5x7 Символ АБСИ 16x16 поле Символьный/ графический модуль Да/Да Нет/Да
Передача данных Высокоскоростная Малое количество линий Значительное расстояние Интерфейс 8 бит параллельный Последовательный RS232/RS485
