一种驱动电路、驱动方法及微反射镜阵列与流程

本发明涉及驱动电路，具体涉及微反射镜阵列的驱动电路，特别涉及一种用于电容式mems微反射镜阵列的驱动电路。

背景技术：

mems微反射镜阵列是一类重要器件，由于其尺寸微小、镜面的定向和控制结构可单片集成,故可以方便地与其他光、机、电部件结合而应用于汽车照明系统、自适应光学系统、无掩模光刻系统及投影与显示系统等。德州仪器公司的dlp(digitallightprocessor)投影仪使用50至130万个微反射镜片dmd(digitalmicromirrordevice)聚集在cmos硅基片上作为一幅图像的像素，每一片微镜片表示一个像素。微镜片的转动受控于来自cmosram的数字驱动信号。当数字信号被写入sram时，如sram的数字信号为1时微镜片倾斜+12°，当数字信号为0时微镜片处于非投影状态，倾斜-12°。依靠静电驱动控制光照的方向，使光偏转固定的角度来实现投影显示的应用，实现具有数字灰度等级的精细图像质量，分辨率高，亮度可调节范围更广。

但是，其在实际应用时仍存在一定的问题。比如，其镜片的倾斜只能为+12°或-12°，不能够进行连续调节。另外，由于其微反射镜数目较多，其驱动电路所需的器件也较多，实际占用空间较大，功耗也较大。

技术实现要素：

本发明提供了一种驱动电路、驱动方法用来驱动微反射镜阵列，可以实现微反射镜的连续偏转和偏转姿势的长时间保持，以及减小驱动电路的面积以及降低其功耗。

第一方面，本发明提供了一种驱动电路，所述驱动电路包括逻辑控制单元、数模选择器、数模转换器、支路选择器和电压输出支路；

所述电压输出支路与微反射镜连接；

每个所述数模转换器连接有多个所述电压输出支路；所述数模选择器连接有多个所述数模转换器；

所述支路选择器设置于所述逻辑控制单元和所述电压输出支路之间，所述支路选择器用于选通对应的电压输出支路工作；

所述逻辑控制单元与所述数模选择器，所述逻辑控制单元还与所述电压输出模块连接。

进一步的，所述驱动电路还包括多个采样保持器和多个采样保持选择器；

每个所述电压输出支路的输入端设有一个所述采样保持器，所述采样保持器用于采样和保持所述数模转换器的输出电压；

所述采样保持选择器设置于所述逻辑控制单元和所述采样保持器之间，所述采样保持选择器用于选通对应的采样保持器工作。

进一步的，所述电压输出支路包括缓冲模块、电压放大模块和电压输出模块；

所述缓冲模块、所述电压放大模块和所述电压输出模块依次连接，

所述缓冲模块、所述电压放大电路和所述电压输出模块皆与所述逻辑控制单元连接。

进一步的，所述电压输出模块包括第一输出端、第二输出端和输出选择单元；

所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述输出选择单元连接，

所述输出选择单元用于在所述第一输出端和所述第二输出端之间切换电压的输出端。

进一步的，所述输出选择单元包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；

所述第一输出端、所述第一开关、所述第二开关和所述第二输出端依次连接；

所述第三开关的一端连接于所述第二开关和所述第二输出端之间，所述第三开关的另一端接地；

所述第四开关的一端连接与所述第一开关和所述第一输出端之间，所述第四开关的另一端接地。

进一步的，所述驱动电路还包括串行外设接口，所述串行外设接口与所述逻辑控制单元连接。

第二方面，本发明还提供了一种驱动方法，所述驱动方法使用上述任意一项所述的驱动电路；所述驱动方法包括：

所述逻辑控制单元将接收到的控制信息解析出电压控制信号和地址控制信号；

所述逻辑控制单元根据所述地址控制信号，通过控制所述数模选择器和所述支路选择器以选择相应的电压输出支路工作；

所述数模转换器根据所述电压控制信号转换对应的模拟电压，作为该电压输出支路的模拟输入电压，以使所述电压输出支路的电压输出端输出相应放大后的电压。

进一步的，所述驱动方法还包括：

当所述电压输出模块的输出端均接地时，所述缓冲模块和所述电压放大模块进入低功耗模式。

第三方面，本发明还提供了一种微反射镜阵列，所述微反射镜阵列包括上述任意一项所述的微反射镜阵列的驱动电路。进一步的，所述驱动电路的同一电压输出模块的第一输出端和第二输出端分别与所述微反射镜相对的两个电极连接。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：其可实现对数模转换器、采样保持器、缓冲模块及电压放大模块的复用，能够降低电路的功耗和面积，有利于降低ic的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种驱动电路的示意图；

图2为本发明所述微反射镜的结构示意图；

图3为发明实施例所述应用于微反射镜阵列的驱动电路的示意图；

图4为发明实施例所述应用于微反射镜阵列的驱动电路的示意图。

以下对附图作补充说明：

1-微反射镜；101-第一电极；102-第二电极；103-第三电极；104-第四电极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例：

本发明实施例提供了一种驱动电路，所述驱动电路包括逻辑控制单元、数模选择器、数模转换器、支路选择器和电压输出支路；

所述电压输出支路与微反射镜连接；

每个所述数模转换器连接有多个所述电压输出支路；所述数模选择器连接有多个所述数模转换器；

所述支路选择器设置于所述逻辑控制单元和所述电压输出支路之间，所述支路选择器用于选通对应的电压输出支路工作；

所述逻辑控制单元与所述数模选择器，所述逻辑控制单元还与所述电压输出模块连接。

如图1所示，为所述驱动电路的示意图。所述电压输出支路的输出电压输给与其连接的微反射镜使其工作。结合附图1，所述数模选择器连接有i个数模转换器(i≥1)。第一数模转换器连接有m个电压输出支路(m≥1)，第二数模转换器连接有相应个数的电压输出支路，…，第i数模转换器连接有(n-j+1)个电压输出支路；所述电压输出支路共有n条(n≥1)。所述支路选择器设置于所述逻辑控制单元和所述电压输出支路之间，由此，所述支路选择器共有n个。所述逻辑控制单元与所述数模选择器连接，所述逻辑控制单元还分别与n个所述电压输出支路连接。

由此，通过所述逻辑控制单元控制所述数模选择器和所述支路选择器能够选通相应的电压输出支路工作。由于，多条电压输出支路共用一个数模转换器，以及能够通过支路选择器选择相应的电压输出支路工作，从而实现数模转换器的复用，即通过一个数模转换器能够依次给多条电压输出支路进行电压的数模转换。需要说明的是，不同的数模转换器连接的电压输出支路的个数可以相同也可以不相同。但是，为了实际操作时的编程控制逻辑简单，通常使每个数模转换器的后端连接有相同个数的电压输出支路。

如图2所示，为单个电容式mems微反射镜1的结构示意图。第一电极101和第二电极102处于相对位置(如y方向)，第三电极103和第四电极104处于相对位置(如x方向)。其在工作时，同一时刻对第一电极101或第二电极102施加电压，未施加电压的电极则接地，微镜镜面向着施加电压的电极一侧偏转。同理，同一时刻对第三电极103或第四电极104施加电压，未施加电压的电极则接地，微镜镜面向着施加电压的电极一侧偏转。由此可以看出，一个mems微反射镜1由四个电极来控制其镜面的偏转，但是同一时刻，最多只有两个非相对位置的电极可以施加非零的驱动电压。下面，以上述驱动电路应用于微反射镜阵列为例，进一步进行说明。

如图3所示，为所述应用于微反射镜阵列的驱动电路，所述驱动电路包括逻辑控制单元、数模选择器、数模转换器、采样保持器、采样保持选择器和电压输出支路；

所述电压输出支路与微反射镜1连接；

每个所述数模转换器连接有多个所述电压输出支路；所述数模选择器连接有多个所述数模转换器；

每个所述电压输出支路的输入端设有一个所述采样保持器，所述采样保持器用于采样和保持所述数模转换器的输出电压；

所述采样保持选择器设置于所述逻辑控制单元和所述采样保持器之间，所述采样保持选择器用于选通对应的采样保持器工作；

所述逻辑控制单元与所述数模选择器，所述逻辑控制单元还与所述电压输出模块连接。

其中，图3中controllogic即为逻辑控制单元，dacselector即为数模选择器，dac即为数模转换器，s&h即为采样保持器，s&hselector即为采样保持选择器。

可以理解的是，上述电路中具有采样保持器，其能够将数模转换器的输出电压进行采样保持，为后端的电压输出支路提供输入信号。当采样保持信号建立后，便可以释放数模转换器。通过采样保持器能够使得微反射镜的偏转姿势长时间保持，以实现微反射镜的偏转姿势长时间保持的工作需求。

另外，所述采样保持选择器设置于所述逻辑控制单元和所述采样保持器之间，所述采样保持选择器能够作为支路选择器，以根据逻辑控制单元的控制信号选通对应的采样保持器工作。

进一步的，如图3所示，所述驱动电路具有i个数模转换器(i≥1)，每个数模转换器后端连接有m个电压输出支路(m≥1)，每个所述电压输出支路的输入端连接有一个所述采样保持器，以及每个所述采样保持器和所述逻辑控制单元之间设有一个采样保持选择器。所述逻辑控制器通过控制所述数模选择器和所述采样保持选择器，能够选通对应的电压输出支路，从而驱动对应的微反射镜工作。在此过程中，上述驱动电路中也实现了数模转换器的复用。由于数模转换器的占用面积大且功耗也大，在微反射阵列中通过上述驱动电路实现数模转换器的复用，不但能够减小其面积也能极大地降低其功耗。

在一些可行的实施方式中，如图4所示，所述电压输出支路包括缓冲模块、电压放大模块和电压输出模块；

所述缓冲模块、所述电压放大模块和所述电压输出模块依次连接，

所述缓冲模块、所述电压放大电路和所述电压输出模块皆与所述逻辑控制单元连接。

其中，图中buffer即为缓冲模块，hvamp即为电压放大模块，output即为电压输出模块。

在一些可行的实施方式中，如图4所示，所述电压输出模块可以包括第一输出端、第二输出端和输出选择单元；

所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述输出选择单元连接，

所述输出选择单元用于在所述第一输出端和所述第二输出端之间切换电压的输出端。

进一步的，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述微反射镜1相对的两个电极连接。即，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述第一电极101和所述第二电极102连接；或，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述第三电极103和所述第四电极104连接。

可以理解的是，根据上述静电驱动或电磁驱动的电容式mems微反射镜的工作原理和特点，其不能同时在相对的(正负)两个方向施加非零的驱动电压。所述输出选择单元能够根据逻辑控制单元的控制信息选通所述第一输出端和所述第二输出端。也即，所述输出选择单元能够实现第一输出端和第二输出端复用所述采样保持器、所述缓冲模块和所述电压放大模块，从而进一步节省面积以及降低功耗。

在一些可行的实施方式中，如图4所示，所述输出选择单元可以包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；

所述第一输出端、所述第一开关、所述第二开关和所述第二输出端依次连接；

所述第三开关的一端连接于所述第二开关和所述第二输出端之间，所述第三开关的另一端接地；

所述第四开关的一端连接与所述第一开关和所述第一输出端之间，所述第四开关的另一端接地。

其中，图中switch1～switch4分别对应第一至第四开关；hvout_+为第一输出端，hvout_-为第二输出端。

由此，每个所述电压输出模块具有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和所述第二输出端构成输出对，所述逻辑控制单元通过控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，实现第一输出端接通电压输出信号，第二输出端接通agnd；或者，第一输出端接通agnd，第二输出端接通电压输出信号；或者，第一输出端和第二输出端同时接通agnd。从而适应电容式mems微反射镜的工作原理。

进一步的，所述缓冲模块可以是包括第一运放器的电路，所述第一运放器的正相输入端与所述采样保持器的输出端连接，其反相输入端与输出端连接，其电源端与avdd连接，其接地端与agnd连接。

进一步的，所述电压放大模块可以是包括第二运放器、第一电阻和第二电阻的电路，所述第二运放器的正相输入端与所述第一运放器的输出端连接，所述第二运放器的反相输入端通过第二电阻与所述第二运放器的输出端连接，所述第二运放器的反相输入端还通过第一电阻接agnd，所述第二运放器的电压端接入vpp。

另外，不难理解的是，上述的驱动电路通过逻辑控制单元和数模选择器选通数模转换器。当输出端的数目一定时，数模转换器的个数越多，每个数模选择器连接的输出通道数目越小。在实际操作时，可以根据实际的响应速度要求和功耗要求，选择相应个数的数模转换器个数和其连接的输出端端口数目。

以及，上述电路既可以由板级分立元器件或芯片搭建，更方便通过集成ic来实现。

在一些可行的实施方式中，如图4所示，所述驱动电路还包括串行外设接口spi，所述串行外设接口与所述逻辑控制单元连接。

可以理解的是，所述串行外设接口能够接收来自控制端(比如fpga、mcu等)的控制信息，以便于进行数字通信。

进一步的，在上述任意一种驱动电路中，所述数模转换器能够将将数字控制信号转化为模拟输出电压，经过放大后，能够实现输出电压的连续可调，进而实现对mems微反射镜偏转角度的连续可调。其中数模转换器输出电压的位数可依据输出电压对输出精度的要求而改变。

在一些可行的实施方式中，可以将电路模拟地agnd和数字地dgnd分开，其中agnd可以接低于dgnd的负电压，实现电压输出端的0～vpp输出摆幅。

由此，上述电路适用于静电驱动或电磁驱动的电容性mems微反射镜阵列驱动，尤其在阵列规模较大时能够体现出电路模块复用程度高，功耗低的特点，便于实现ic形式的专用驱动芯片。

本发明实施例还提供了一种驱动方法，所述驱动方法使用上述任意一种的驱动电路；所述驱动方法包括：

s100：所述逻辑控制单元将接收到的控制信息解析出电压控制信号和地址控制信号；

s200：所述逻辑控制单元根据所述地址控制信号，通过控制所述数模选择器和所述支路选择器以选择相应的电压输出支路工作；

s300：所述数模转换器根据所述电压控制信号转换对应的输出电压，以使所述电压输出支路的电压输出端输出相应的电压。

进一步的，所述驱动电路还包括采样保持器和采样保持选择器，每个所述电压输出支路的输入端设有一个所述采样保持器，所述采样保持选择器设置于所述逻辑控制单元和所述采样保持器之间。则，所述步骤s200还包括：所述逻辑控制单元根据所述地址控制信号，通过控制所述数模选择器和所述采样保持选择器以选择相应的电压输出支路工作。

进一步的，所述电压输出支路包括缓冲模块、电压放大模块和电压输出模块；所述缓冲模块、所述电压放大模块和所述电压输出模块依次连接，所述缓冲模块、所述电压方法电路和所述电压输出模块皆与所述逻辑控制单元连接。所述电压输出模块包括第一输出端、第二输出端和输出选择单元，所述输出选择单元与所述逻辑控制单元连接。则，所述步骤s200还包括：

所述逻辑控制单元根据所述地址控制信号，通过控制所述数模选择器、所述采样保持选择器和所述输出选择单元以选择相应的第一输出端或第二输出端工作。

进一步的，若所述输出选择单元为由第一开关、第二开关、第三开关和第四开关构成的选择电路，则所述逻辑控制单元通过控制所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关以实现输出电压输出。具体的，当所述第一开关闭合，所述第四开关断开，所述第二开关断开，所述第三开关闭合时，则所述第一输出端输出电压，所述第二输出端接通agnd；当所述第一开关断开，所述第四开关闭合，所述第二开关闭合，所述第三开关断开时，则所述第一输出端接通agnd，所述第二输出端输出电压；当所述第一开关断开，所述第四开关闭合，所述第二开关断开，所述第三开关闭合时，则所述第一输出端接通agnd，所述第二输出端接通agnd。

由此，根据上述的驱动方法，所述逻辑控制单元能够根据地址控制信号控制所述数模选择器选通相应的数模转换器，通过采样保持选择器选通相应的采样保持器，以及通过控制输出选择单元选择相应的输出端输出电压，从而实现了数模转换器、采样保持器、缓冲模块和电压放大模块的复用，能够降低电路的功耗和面积，有利于降低硬件的成本。

在一些可行的实施方式中，所述驱动方法还包括：当所述电压输出模块的输出端均接地时，所述缓冲模块和所述电压放大模块进入低功耗模式。

具体的，所述逻辑控制单元控制mems微反射镜阵列初始化时，所有的电压输出端均连接agnd，此时缓冲模块和电压放大模块进入低功耗模式，以降低功耗。或，当某个电压输出模块的输出端在所述逻辑控制单元的控制下同时接通agnd时，缓冲模块和电压放大模块进入低功耗模式，降低电路整体功耗。

本发明实施例还提供了一种微反射镜阵列，所述微反射镜阵列包括上述任意一种的驱动电路。

进一步的，所述驱动电路的同一电压输出模块的第一输出端和第二输出端分别与所述微反射镜相对的两个电极连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。