CN107065441A - 一种激光直写数据处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光直写数据处理系统，包括主机、数据处理模块和空间光调制器(SLM)；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理(DLP)芯片组构成；所述DLP芯片组包括DLP芯片、存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和SLM间通过数据排线相连。本发明还公开了一种利用该数据处理系统进行数据处理的方法。本发明的激光直写数据处理系统高度集成，处理过程简洁，组件间数据传输量少，维护便捷，成本低。

Description

一种激光直写数据处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及激光直写技术领域，具体涉及一种激光直写数据处理系统及处理方法。

背景技术

激光直接成像技术(laser direct imaging，简称LDI)也称为激光直写，是近年来发展起来的一种用于印刷电路板(PCB)曝光工序的技术。传统的曝光工序是通过汞灯照射菲林将图像转移至PCB上，而LDI则是将矢量图形转换成生产需要的分辨率的位图后通过DMD投射到PCB上的无掩膜曝光系统。相比较传统的曝光技术，LDI曝光过程不需要菲林，有效降低了成本，且工序简单、图像精度高，可适应更精细的图形曝光，也有利于提升PCB生产的良率。

典型的LDI系统中，空间光调制器(SLM)由数据处理板(DPB)驱动，在光源的照射的作用下，在基底上投射不同的图案。SLM通过对光的反射或折射，根据版图中的图形位置和当前运动系统的位置，由DPB根据接收到的主机发送的版图数据实时生成曝光需要的光学图案并驱动SLM以完成曝光任务。

其中，LDI的主要核心部件是空间光调制器(SLM)，数字微镜器件(DMD)是SLM中常用的一种。DMD的每秒种图像刷新率可高达32KHZ，更高者可达48KHZ，即每秒种需要DPB提供32000张单色图像或48000张单色图像。而这样庞大的数据都是通过主机进行的有效的数据通讯和处理配合其他合理的系统组件达到目的。按每秒图像刷新率32KHZ，图像大小1920X672行计算，则每秒DPB向DMD提供的数据量约5.16GB，巨大的数据量，对参与数据处理的每个环节提出了非常高的要求，合理的系统结构至关重要。

现有的LDI系统中，主机和DPB之间多设有从机和光纤传输板，这种系统结构组件间数据传输量极大，且数据链路长，故障点多，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光直写数据处理方法及系统，该数据处理系统省去了从机和光纤传输板，且依然能够满足激光直写过程中处理巨大数据量的需求，系统结构简单合理。

本发明的技术方案如下：

一种激光直写数据处理系统，所述系统包括主机、数据处理模块和空间光调制器(SLM)；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理(DLP)芯片组构成；所述DLP芯片组包括DLP芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和SLM间通过数据排线相连。

进一步地，所述数据处理单元是现场可编程门阵列(FPGA)。

进一步地，所述数据处理单元是ARM处理器和现场可编程门阵列的组合；所述ARM处理器和现场可编程门阵列的组合可以用SoC芯片代替；所述SoC芯片集成ARM处理器的功能和现场可编程门阵列的功能于一体。

进一步地，所述数据存储单元是双倍速率同步动态随机存储器(DDR)。

进一步地，所述程序存储芯片是闪存芯片(FLASH)。

进一步地，所述图像传输芯片是FPGA。

进一步地，所述数据传输线是千兆网线或万兆网线。

本发明还提供应用上述的激光直写数据处理系统进行数据处理的方法，根据数据处理模块中数据处理单元的不同，处理方法主要有两种。

当数据处理单元是FPGA(不含ARM)时，相应的激光直写数据处理系统进行数据处理包括如下步骤：

读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；

对位处理步骤，所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理；

条带切割步骤，所述主机对经过对位处理后的所述完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割得到条带矢量图；

栅格化步骤，所述主机对所述条带矢量图进行栅格化获取基于压缩算法的条带位图，然后将所述基于压缩算法的条带位图输送至数据处理模块；

解压缩步骤，所述数据处理模块对接收的所述基于压缩算法的条带位图进行解压缩，获得无压缩的条带位图；

位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述的无压缩的条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；

帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；

传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像传输至所述空间光调制器；

图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。

当数据处理单元是含有ARM的FPGA或SoC时，相应的激光直写数据处理系统进行数据处理包括如下步骤：

读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；

对位处理步骤，所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理；

条带切割步骤，所述主机对经过对位处理后的所述完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割得到条带矢量图，并将所述条带矢量图输送至所述数据处理模块；

栅格化步骤，所述数据处理模块对所述条带矢量图进行栅格化获取条带位图；

位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；

帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；

传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像传输至所述空间光调制器；

图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。

本发明具有如下有益效果：

本发明的数据处理系统相对于现有的激光直写数据处理系统精简了从机和光纤传输板，减少数据传输的节点，缩短数据链路，系统高度集成，处理过程简洁；本发明的数据处理系统维护便捷(消除了两个可能的故障点，也减少了发生故障后排查故障的工作量)；无从机和光纤传输板的设计还有利于降低成本。

此外，现有的激光直写数据处理系统现有的激光直写数据处理系统中数据处理功能由各个组件相对平均地承担，主机、从机、数据处理板分别执行较为关键的几个数据处理的步骤，组件间数据传输量大；而本发明的数据处理系统组件间数据传输量少，网络占用率低(采用千兆网线占用率约为40%)。

附图说明

图1是现有的激光直写数据处理系统的系统结构图；

图2是应用现有的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图；

图3是应用现有的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图(分组件)，对不同组件承担的处理流程进行分组展示；

图4是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统的系统结构图；

图5是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统中数据处理模块的结构图；

图6是本发明实施例1中的激光直写数据处理系统的数据处理模块中DLP芯片组的组成图；

图7是应用本发明实施例1中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图；

图8是应用本发明实施例1中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图(分组件)，对不同组件承担的处理流程进行分组展示；

图9是本发明实施例2中的激光直写数据处理系统中数据处理模块的结构图；

图10是应用本发明实施例2中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图；

图11是应用本发明实施例2中的激光直写数据处理系统进行数据处理的流程图(分组件)，对不同硬件承担的处理流程进行分组展示。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

附图1给出了现有的激光直写数据处理系统的系统结构图。如附图1所示，现有的激光直写数据处理系统一般包括主机、从机、光纤传输板、数据处理模块和DMD。其处理过程为：读取文件——对位处理——条带切割——栅格化——条带位图传输——条带位图接收——位图错切处理——帧化处理——传帧图像——图像显示，如附图2所示。其中，主机执行读取文件、对位处理和条带切割的步骤，从机执行栅格化的步骤，光纤传输板执行条带位图传输的步骤，数据处理模块执行位图错切处理、帧化处理和传帧图像的步骤，DMD执行图像显示的步骤，如附图3所示。

现有的激光直写数据处理系统存在以下缺点：系统各组件间数据传输量极大，且数据链路长，故障点多，成本高。

本发明提供一种激光直写数据处理系统，所述系统精简了从机和光纤传输板，由主机、数据处理模块和SLM组成；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和DLP芯片组构成；所述DLP芯片组包括DLP芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和SLM间通过数据排线相连。

以下是本发明的具体实施例。

实施例1

本实施例提供依据本发明技术方案的一种激光直写数据处理系统，如附图4所示，该系统包括主机、数据处理模块和DMD。

其中，数据处理模块由数据接收单元、FPGA V6、DDR和DLP芯片组构成(参见附图5)——FPGA V6是数据处理单元，型号是XC6VLX240T，DDR是存储单元。DLP芯片组又包括两个DLP芯片、一个FLASH芯片和一个FPGA V5芯片(参见附图6)——FLASH芯片是程序存储芯片，FPGA V5芯片是图像传输芯片。

主机一般可以是PC机、各种服务器或各种工控机。通过搭载软件系统，主机可以进行相应的数据处理。

DMD是一种常用的SLM。DMD在光源的作用下，向基底上投射接收的帧图像。本实施例中的DMD是由德州仪器(TI)生产的。

数据处理模块主要负责将矢量图转化为DMD可以直接应用的帧图像。本实施例中的数据接收单元是千兆网口，其接收的数据传输至DDR存储，FPGA V6调用DDR中的数据并对数据进行必要处理，然后输送至DLP芯片组，由DLP芯片组将数据传输至DMD。DLP芯片组中，DLP芯片进行逻辑处理，FLASH芯片则存储DLP芯片的执行程序，而FPGA V5负责将处理得到的帧图像输送至DMD。

其中，主机和数据处理模块之间通过数据传输线相连，数据传输线一般是千兆或万兆网线，其传输速率相应可达1Gbps或10Gbps。

其中，数据处理模块和DMD间通过数据排线相连。

对比附图1和4，可以看出，本实施例的激光直写的数据处理系统相比现有的激光直写数据处理系统精简了从机和光纤传输板，系统结构简化；精简从机和光纤传输板也有利于降低成本。

本实施例的激光直写的数据处理系统进行数据处理的流程如图7所示，该数据处理方法包括如下步骤：

在读取文件步骤S1中，主机通过软件系统读取版图文件，获取完整版图的矢量图；版图的格式可以是PDF、GDSII、GERBER、ODB++、TIF、BMP、DWG或DPF等。

在对位处理步骤S2中，主机通过软件系统对步骤S1获取的完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理。对位处理的目的是保证用于移动版图的运动机构对版图的控制走位可以与已经存在于基底上的图案很好吻合；如果基底上没有已经存在的图案，则对位处理步骤可以省略。

在条带切割步骤S3中，主机通过软件系统将步骤S2处理完成的完整版图的矢量图进行条带切割，得到条带矢量图。条带切割的必要性在于：对于精确计算后的系统来说，每个DMD扫描区域是相对于整个版图来说是已知的，但扫描时只能使用栅格化后的位图，所以必须要对完成对位处理的矢量图进行条带化处理，节取出每个条带的矢量图。

在栅格化步骤S4中，主机对条带矢量图进行栅格化处理获取基于压缩算法的条带位图，然后将基于压缩算法的条带位图输送至数据处理模块。

在解压缩步骤S5中，FPGA V6对基于压缩算法的条带位图进行解压缩，得到无压缩的条带位图。

在位图错切处理步骤S6中，FPGA V6对无压缩的条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图。位图错切的目的是为了满足倾斜式扫描的需要，将没有倾斜的位图变换成倾斜的位图，以便于进行帧数据生成。

在帧化处理步骤S7中，FPGA V6对倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被DMD应用的帧图像，并传输至DLP芯片组。条带位图本身是连续的，无法直接被DMD应用，因此需要将其转化成若干帧图像。

在传帧图像步骤S8中，DLP芯片组经过处理，最终由FPGA V5芯片将帧图像输送至DMD。

在图像显示步骤S9中，DMD对接收的所述帧图像进行输出显示。输出显示的过程是在入射光的作用下，DMD向基底投影。

表1是对实施例1中数据处理方法的总结，分别给出了每个处理步骤的输入、输出、处理单元、输出对象和输出方式的信息。

表1 实施例1中激光直写数据处理方法各步骤特性参数

附图8对本实施例中的数据处理流程按不同组件承担的功能进行分组展示，由附图8可以看出，本实施例的数据处理方法中，主机执行读取文件、对位处理、条带切割和栅格化的步骤，解压缩、位图错切处理、帧化处理和传帧图像由数据处理模块执行。

实施例2

本实施例提供依据本发明技术方案的另一种激光直写数据处理系统，本实施例的系统相比实施例1在数据处理模块的结构上有所变化，如附图9所示，本实施例中数据处理模块由数据接收单元、ARM+FPGA、DDR和DLP芯片组构成。

其中，ARM+FPGA 对应实施例1中的FPGA V6，是数据处理单元，ARM+FPGA也可以使用SoC芯片替代，主流的SoC芯片的生产商是Altera或Xilinx公司。

实施例1中由主机完成图形的栅格化，对主机的计算能力要求较高；实施例1的方案对于多DMD的工况也欠支持。但如果由FPGA进行栅格化工作，则对FPGA的开发难度较高。本实施例中采用ARM+FPGA的方案替代FPGA，有利于降低FPGA的开发难度，且能满足多DMD的工况需求。其中，ARM负责进行栅格化处理，FPGA负责栅格化后的数据处理。

如果采用SoC芯片作为ARM+FPGA的替代方案，部分SoC芯片还带有GPU和高速传输链路，更能满足栅格化后数据高速传输的需求。

除了上述区别之外，本实施例的数据处理系统其余系统组件均沿用实施例1。

本实施例的激光直写的数据处理系统进行数据处理的流程如图10所示，该数据处理方法包括如下步骤：

在读取文件步骤S1中，主机通过软件系统读取版图文件，获取完整版图的矢量图；版图的格式可以是PDF、GDSII、GERBER、ODB++、TIF、BMP、DWG或DPF等。

在对位处理步骤S2中，主机通过软件系统对步骤S1获取的完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理。对位处理的目的是保证用于移动版图的运动机构对版图的控制走位可以与已经存在于基底上的图案很好吻合；如果基底上没有已经存在的图案，则对位处理步骤可以省略。

在条带切割步骤S3中，主机通过软件系统将步骤S2处理完成的完整版图的矢量图进行条带切割，得到条带矢量图。条带切割的必要性在于：对于精确计算后的系统来说，每个DMD扫描区域是相对于整个版图来说是已知的，但扫描时只能使用栅格化后的位图，所以必须要对完成对位处理的矢量图进行条带化处理，节取出每个条带的矢量图。

在栅格化步骤S4中，数据处理模块中的ARM数据处理单元对条带矢量图进行栅格化处理获取条带位图，然后将条带位图输送至另一数据处理单元FPGA。

在位图错切处理步骤S5中，数据处理单元FPGA对无压缩的条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图。位图错切的目的是为了满足倾斜式扫描的需要，将没有倾斜的位图变换成倾斜的位图，以便于进行帧数据生成。

在帧化处理步骤S6中，数据处理单元FPGA对倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被DMD应用的帧图像，并传输至DLP芯片组。条带位图本身是连续的，无法直接被DMD应用，因此需要将其转化成若干帧图像。

在传帧图像步骤S7中，DLP芯片组经过处理，最终由FPGA V5芯片将帧图像输送至DMD。

在图像显示步骤S8中，DMD对接收的所述帧图像进行输出显示。输出显示的过程是在入射光的作用下，DMD向基底投影。

表2是对实施例2中数据处理方法的总结，分别给出了每个处理步骤的输入、输出、处理单元、输出对象和输出方式的信息。

表2 实施例2中激光直写数据处理方法各步骤特性参数

附图11对本实施例中的数据处理流程按不同组件承担的功能进行分组展示，由附图11可以看出，本实施例的数据处理方法中，主机执行读取文件、对位处理、条带切割的步骤，栅格化、位图错切处理、帧化处理和传帧图像由数据处理模块执行。这种数据处理方式相对于实施例1对主机的计算能力要求较低，同时能够满足多个DMD的LDI系统的工作需求。

对比附图3、附图8和附图11，本发明的激光直写数据处理系统相比现有的激光直写数据处理系统精简了从机和光纤传输板，有效减少数据传输的节点(原先5个节点，现在只有3个)，缩短了数据链路，系统高度集成，处理过程简洁；精简组件也减少可能的故障点数目，进而有利于减少发生故障后排查故障的工作量，更便于维护——现有的数据处理系统出现故障要考虑5个故障点，本发明的数据处理系统出现故障则只用考虑三个。

此外，现有的激光直写数据处理系统中数据处理功能由各个组件相对平均地承担，主机、从机、数据处理板分别执行较为关键的几个数据处理的步骤，造成了组件间数据传输量大，而本发明中的数据处理功能则大部分集中于数据处理模块，组件间数据传输了大大减少。

以上应用具体实施例对本发明的技术方案进行了详细阐述，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。同时，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。因此，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述系统包括主机、数据处理模块和空间光调制器；所述数据处理模块由数据接收单元、数据处理单元、数据存储单元和数字光处理芯片组构成；所述数字光处理芯片组包括数字光处理芯片、程序存储芯片和图像传输芯片；所述主机和所述数据处理模块之间通过数据传输线相连；所述数据处理模块和空间光调制器间通过数据排线相连。

2.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述数据处理单元是现场可编程门阵列。

3.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述数据处理单元是ARM处理器和现场可编程门阵列的组合。

4.根据权利要求3所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述ARM处理器和现场可编程门阵列的组合可以用SoC芯片代替；所述SoC芯片集成ARM处理器的功能和现场可编程门阵列的功能于一体。

5.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统统，其特征在于：所述数据存储单元是双倍速率同步动态随机存储器。

6.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述程序存储芯片是闪存芯片。

7.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述图像传输芯片是现场可编程门阵列。

8.根据权利要求1所述的一种激光直写数据处理系统，其特征在于：所述数据传输线是千兆网线或万兆网线。

9.一种应用如权利要求1、2、5-8任意一项所述的激光直写数据处理系统进行数据处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；

对位处理步骤，所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理；

条带切割步骤，所述主机对经过对位处理后的所述完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割得到条带矢量图；

栅格化步骤，所述主机对所述条带矢量图进行栅格化获取基于压缩算法的条带位图，然后将所述基于压缩算法的条带位图输送至数据处理模块；

解压缩步骤，所述数据处理模块对接收的所述基于压缩算法的条带位图进行解压缩，获得无压缩的条带位图；

位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述的无压缩的条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；

帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；

传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像传输至所述空间光调制器；

图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。

10.一种应用如权利要求1、3-8任意一项所述的激光直写数据处理系统进行数据处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

读取文件步骤，所述主机读取版图文件，获取完整版图的矢量图；

对位处理步骤，所述主机对所述完整版图的矢量图进行旋转、缩放和平移处理；

条带切割步骤，所述主机对经过对位处理后的所述完整版图的矢量图按照条带参数进行条带切割得到条带矢量图，并将所述条带矢量图输送至所述数据处理模块；

栅格化步骤，所述数据处理模块对所述条带矢量图进行栅格化获取条带位图；

位图错切处理步骤，所述数据处理模块对所述条带位图进行位图错切处理得到倾斜条带位图；

帧化处理步骤，所述数据处理模块对所述倾斜条带位图进行帧化处理得到可以直接被空间光调制器应用的帧图像；

传帧图像步骤，所述数据处理模块将所述帧图像传输至所述空间光调制器；

图像显示步骤，所述空间光调制器对接收的所述帧图像进行输出显示。