本参考设计提供了一种旨在驱动汽车增强现实 (AR) 抬头显示 (HUD) 模块的电子子系统。TI DLP® 技术可实现明亮、清晰且高度饱和的 HUD，该 HUD 可将关键驾驶信息投射到汽车的挡风玻璃上，从而减少驾驶员分心并提高环境感知度。本设计采用了 DLP3030-Q1 芯片组，其中包括 DLP3030-Q1 0.3" DMD、DLPC120-Q1 汽车类 DMD 控制器和 Piccolo™ TMS320F28023/F280023 微控制器（作为 LED 驱动器和照明控制器）。该设计可实现高亮度、宽视场 (FOV)、AR 显示以及低功耗。

• 当与光学系统搭配使用时，本参考设计可以通过 7.1 瓦输入功率输出高达 90 流明
• 调光比超过 5000:1
• 运行温度范围：–40°C 至 105°C
• 紧凑型 PCB 布局
• 12V 输入
• 3.3A LED 驱动输出
• 可在 10° FOV 下实现超过 80 像素/度 (ppd) 的 HUD 分辨率
• 降低了系统成本
• Windows GUI 可使开发工作更轻松

• 增强现实抬头显示
• 汽车透明窗口显示

此参考设计中包含的设计文件用于 HUD 系统的电子器件部分。其中包括基于 DLP3030-Q1 的 DMD PCB 设计和基于 DLPC120-Q1 的控制器 PCB 设计。从Topic Link Label3开始可以找到有关这些电子器件和设计的信息。但是，首先描述完整 HUD 系统的参数以及相关的权衡要素会很有用。这些系统级参数决定了 PGU 和电子器件的要求，因此必须首先考虑，从Topic Link Label2.4开始。

随附的电子器件旨在与 Osram CSL LED 配对。与之前基于 Q8WP 的设计相比，CSL LED 与 DLP3030-Q1 DMD 具有更好的展度匹配，从而实现了更高效的设计。使用 CSL LED 可以最大限度地降低 LED、光学元件、散热器和 PGU 机械外壳的尺寸和成本，从而实现更小、成本更低的图像生成单元 (PGU) 设计。有关 LED 选型的更多信息，请参阅Topic Link Label2.4.2。

图 2-1 显示了用于 HUD 系统的电子产品的方框图。本参考设计包含电子产品。虽然本参考设计主要用于 HUD 系统，但它也可用于任何汽车透明窗口显示，例如挡风玻璃仪表组、侧窗显示或后窗显示。图 2-2 显示了完整 HUD 系统的简单方框图。若要根据本参考设计来设计整个 HUD 系统，还需要主机处理器、LED、PGU 光学元件和 HUD 反射镜光学元件。

DLP3030-Q1 汽车 DMD 主要面向具有大 FOV 或 AR 功能（需要长焦距）的汽车 HUD 应用。该芯片组能够与 LED 或激光器搭配使用，以生成具有 125% 以上 NTSC 色域的深度饱和颜色并支持 24 位 RGB 视频输入。此外，该芯片组可以凭借宽调光范围和快速开关功能（不随温度的变化而变化）实现高亮度（15,000cd/m² 典型值）HUD 系统。当用于 TI 参考设计中时，能够实现超过 5000:1 的超高调光范围，从而满足汽车 HUD 系统在明亮白昼和黑暗夜晚驾驶条件下的工作范围要求。

DLPC120-Q1 DMD 显示控制器适用于汽车应用，是与两个 DMD（即 DLP3000-Q1 或 DLP3030-Q1）兼容的芯片组的一部分。DLPC120-Q1 的核心逻辑负责接受视频输入并对数据进行格式化以便在 DMD 上显示，同时还控制 RGB LED 来形成实时图像。DLPC120-Q1 还负责根据外部系统控制或 DMD 温度输入来控制 DMD 的上电和断电事件。通过与外部调光电路和微控制器结合，DLPC120-Q1 支持的宽调光范围 > 5000:1，适合于 HUD 应用。通常情况下，DLPC120-Q1 是使用 I²C 接口与主机处理器进行通信的从器件。

Piccolo F2802x 系列微控制器为与低引脚数器件中高度集成的控制外设耦合的 C28x 内核供电。该系列器件的代码与基于 C28x 的旧版代码兼容，同时具有较高的模拟集成度。内部比较器和高分辨率 PWM 信号均用于实现超高速 LED 驱动器。该微控制器与 DLP3030-Q1 芯片组结合使用时，可支持 5000:1 调光比所需的 1µs 长 LED 脉冲和 10ns 上升和下降时间。

本节介绍了 HUD 设计所需的权衡和设计选择。它旨在为将来要进行的应用修改提供更多关于整个系统的背景知识和解读信息。

与传统汽车 HUD 相比，AR HUD 需要更大的 FOV、更长的虚像距离 (VID) 和更大的人眼窗口尺寸。这些大型显示器需要更亮的 PGU。本参考设计提供了 HUD 设计所需的硬件和软件。首先简要讨论了设计决策。例如，选择以下各部分中的参数以满足 HUD 系统的要求：

• FOV：10° × 5°
• 人眼窗口：140mm × 60mm
• VID：10m
• 对比度：1500:1
• 分辨率：> 80ppd
• 温度等级：–40°C 至 105°C

AR HUD 系统有许多设计参数。虽然所有系统参数都很重要，但主要有两个系统参数来决定 HUD 系统中的 PGU 要求：FOV 和人眼窗口大小。以下各节简要描述了与 HUD FOV 和人眼窗口大小相关的权衡因素。

HUD 系统中的 FOV 是显示图像的立体角，从人眼窗口中心开始测量。典型的 FOV 范围从小型传统 HUD 中的 4° × 2° 到大型 AR HUD 中的 12° × 6° 以上。FOV 越大，驾驶员看到的图像大小也越大。为了实现更大的人眼窗口，HUD 设计必须使用具有更高光输出的 PGU 来保持相同亮度的图像。DLP3030-Q1 与基于 LED 的光学系统相结合，在室温下可输出高达 90 流明，在符合汽车标准的整个工作温度范围（–40°C 至 105°C）内可输出超过 60 流明。

人眼窗口是驾驶员可以看到显示图像的观察平面上的区域。通常，人眼窗口大小介于 100mm × 60mm 到更大的 140mm × 140mm 之间。更大的人眼窗口可以让驾驶员将头部进一步远离中心，并使用不同的座椅位置，同时保持显示图像的可见性。较大的垂直人眼窗口还允许不同身高的驾驶员准确地看到图像，而无需调整任何内部 HUD 组件，如镜子。较大的人眼窗口比较小的人眼窗口更能分散图像光，因此较大的人眼窗口需要更高流明的 PGU 才能获得相同亮度的图像。

图 2-3 提供了在给定人眼窗口和 FOV 规格下实现 15,000 尼特 (cd/m²) 的预估 PGU 亮度要求。对于 140mm × 60mm 的人眼窗口大小和 10° × 5° FOV，PGU 需要大约 55 流明。

图 2-3 PGU 流明与人眼窗口大小和视场的关系图

FOV 还确定了给定 DMD 阵列大小的图像分辨率。HUD 的分辨率通常以 ppd 为单位。视力为 20/20 的人无法察觉到图像中大于 60ppd 的分辨率增强。DLP3030-Q1 具有 864 像素的水平分辨率，可实现 14° 宽的 FOV，同时保持 60ppd 分辨率。设计分辨率略高的显示器以允许应用某些图像变形或其他校正因素通常会很有用。对于 10° 水平 FOV，DLP3030-Q1 提供 86ppd 分辨率。

图 2-4 分辨率与视场的关系图

VID 是一个非常重要的系统设计参数。它对所需亮度没有太大影响，但会极大地改变成像仪的太阳能负载。AR HUD 在更长的虚像距离（7.5m 及以上）下表现良好。这使得显示的图像可以保形地覆盖驾驶员前方道路和汽车的信息，以获得无缝图像。这些较长的虚像距离有助于收集更多的阳光并将其聚焦回 HUD 系统。这种太阳能负载会导致 TFT 面板等整合性显示器件出现问题，从而使温度升高超过额定条件。基于 DLP3030-Q1 的投影系统使用透射扩散器屏幕来创建显示的图像。收集并入射到该屏幕上的阳光既被透射又被分散，从而最大限度地减少屏幕的温升并减少屏幕后面光学器件上的光集中。这使得基于 DLP3030-Q1 的 HUD 设计能够支持 > 15m 的 VID。

有关太阳能负载和虚像距离影响的更多信息，请参阅 DLP® 技术：增强现实抬头显示系统中的太阳能负载白皮书。

图 2-5 通过更长的虚像距离增加阳光集中度

DLP3030-Q1 DMD 和芯片组支持的亮度、分辨率和长虚像距离可以让 HUD 系统具有明亮的图像、大的人眼窗口和清晰的显示。