主动快门式3D眼镜设计方案

导言：3D眼镜主要分为色差式、偏光式和主动式3种类型。其中主动快门式3D眼镜由于观看效果最为出色、容易实现全高清和蓝光3D片源资源多等特点，使其成为了市场首选。本文所介绍的3D眼镜方案相对于传统的8位、16位单片机实现的主动快门式3D眼镜，基于EFM32实现的本方案具有超低功耗、集成度高、性能高、扩展性良好等优势。

3D眼镜主要分为色差式、偏光式和主动式3种类型。其中主动快门式3D眼镜由于观看效果最为出色、容易实现全高清和蓝光3D片源资源多等特点，使其成为了市场首选。目前主动快门式3D眼镜主要是通过红外信号实现和显示画面的同步，常用的接收红外信号的方法有：

1、 一体化红外接收头：目前有很多厂家把光电二极管和滤波放大电路集成到一体化接收头中，这种接收头具有很小的体积，广泛应用于红外遥控器的接收电路中。但是由于其接收信号的时间分辨率很低，不能区分出红外信号的细节，从而严重制约其在快门式3D眼镜上的应用。

2、    光电二极管加运放：利用分立的光电二极管、阻容元器件和运放来搭建红外信号的滤波放大电路，这样可以针对快门式3D电视信号设计出合适滤波带宽和放大倍数的电路。缺点就是由于加入了运放和阻容元件使电路板面积增加，导致3D眼镜显得臃肿。
由于以上原因，我们希望能有一个既可定制化又尽可能少占空间的决解方案。由于EFM32内部集成了模拟运放和模拟比较器，从而使单芯片的信号链决解方案成为可能。

系统结构

EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备、智能家居控制以及对功耗有非常苛刻要求的领域。
图1是主动快门式3D眼镜的结构框图，包括主处理器，3D眼镜专用的供电、充电及升压驱动芯片，电池和LCD镜片。


图 1 主动快门式3D眼镜结构框图

*主控制器
EFM32可以工作在EM0~EM4共5种工作模式下，灵活多样的功耗配置能大大降低整机的功耗。当眼镜处于待机模式下，可使用EFM32的EM4模式，此时仍然可以使用GPIO端口来唤醒MCU，而功耗仅有900nA。仅2us的唤醒时间及外设反射系统使得MCU内核可以绝大部分时间处于EM3的睡眠状态从而进一步降低功耗。

*3D眼镜专用的供电、充电及升压驱动芯片
现在市面上有一些厂家推出了集成供电、充电、升压和模拟开关于一体的驱动芯片，既简化了电路的设计又大大地减小了PCB的面积。

*LCD镜片
目前市面上常见的LCD镜片一般工作于±10V，所以一般需要一个10V的升压电路和模拟开关进行驱动，这里我们使用专用的芯片来实现。

*电池
可以选用纽扣电池或者锂电池。

方案优势

相对于传统的8位、16位单片机实现的主动快门式3D眼镜，基于EFM32实现的本方案具有以下优势：
 *超低功耗
EFM32是全球最低功耗的32位微控制器。处理同步信号时工作于EM0模式功耗仅为150uA/MHz，之后即可进入EM3的低功耗模式，此时的内核功耗更是低至0.59uA。由于主动快门式3D眼镜为电池供电，对功耗有很高的要求，因此EFM32的低功耗具有明显的优势。
 *集成度高，性能高
EFM32是Cortex-M3内核，内核的指令效率以及代码密度比传统的8位单片机高。内置的集成模拟运放和模拟比较器，还有可编程的运放反馈回路使得单颗EFM32芯片即可实现了完整的信号链，只要EFM32 + 3D眼镜专业芯片共2个芯片即可完成整体的设计。
* 扩展性良好
EFM32的TG、G、GG系列之间具有良好的兼容性，同型号不同系列的芯片是pin-pin兼容，保证用户在统一的硬件平台上，可进行不同功能需求的裁剪。Flash资源从最低的4KB~1024KB，RAM资源从2KB~128KB。

总结

EFM32具有优异的低功耗特性，以及单芯片外设即可完成整个信号的放大和处理能力，非常适合于对于低功耗和空间有一定要求的主动快门式3D眼镜应用。EFM32内核采用目前流行的Cortex-M3设计，极大地缩短了开发者的开发时间。EFM32具有丰富的外设，为系统扩展功能及降低成本提供了条件。