Основные направления развития вакуумных люминисцентных

индикаторов Noritake Itron

В предыдущей статье (No 5'2002), посвященным вакуумно-люминисцентным индикаторным изделиям Noritake Itron, 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-люминисцентных индикаторных приборов на примере продукции Noritake Itron.

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 Noritake Itron 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 внешних 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 5.5 мм, содержащих матрицу люминофора 16х16 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 Y, поскольку требуется пространство для размещения соединительных проводников (рис. 6).

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).

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 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 отображения уровня сигнала или предупреждения об опасности.

ВЛИ с тонкими градациями цвета

Многих производителей аудио- и видеоаппаратуры заинтересовала новая технология, запатентованная Noritake Itron, 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) Noritake Itron выпускает заказные ВЛИ с учетом индивидуальных требований заказчика. Пример индикатора см. на рис. 15.

Широкая номенклатура ВЛИ и индикаторных модулей Noritake Itron, 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 контроллером 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.

Таблица 1. Интерфейсы ВЛИ-модулей Noritake Itron

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 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

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.

Таблица 3. Символьные модули Noritake Itron c определяемыми пользователями символами

Примечание.

Условные обозначения:

-> — последовательный;

|| — параллельный;

Cur — курсор;

DP — десятичная точка

Таблица 4. Модули Noritake Itron серии 7000

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.
• Расширенный диапазон рабочих температур.
• Один источник питания 5 В.

В заключение приведем краткое руководство по выбору модуля ВЛИ (табл. 5).

Таблица 5

Сергей Антонов

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы