D-PHY MIPI雙相機/雙顯示屏應用中的模擬開關(2)
在插入模擬開關時,關鍵的影響因素仍然是入射波響應,因為開關可被視為一個不連續點。必需對開關的RC特性進行優化,以盡量減少反射,減小邊緣速率下降的幅度,從而提高“眼圖”性能。乍想之下,開關帶來的額外CON/COFF也許會被認為有損系統性能,但實際中,去除不連續點的反射,足以抵消掉插入模擬開關所帶來的額外電容和串聯電感的害處。
MIPI規范使用0.3*UI作為互操作性的標準,這樣一來,都希望自己的系統運行速度越快,開關CON/COFF 特性就變得越關鍵,這是由于該參數會影響到邊緣速率,從而影響到0.3*UI標準。即使不滿足0.3*UI標準,也不意味著開關的插入會導致系統故障或互操作性測試不合格。開關的RON影響著發射器和接收器之間的電壓降,所以在插入模擬開關時需要滿足接收器(Rx)靈敏度閾值。但在一般情況下,這往往被忽略,因為通過開關驅動的電流很小,電壓降通常在10mV或以下(電壓擺幅《5%)。圖3中,波形1強調過快邊緣上升速率或過短邊緣上升時間(《150psec)的潛在影響;波形2為最佳情況,邊緣速率《0.3*UI ;波形3顯示了過長邊緣上升時間可能導致邊緣速率超出MIPI規范。不過,應該注意的是,即使波形3的邊緣速率可能不符合D PHY MIPI互操作性規范的推薦數值,系統仍然能夠全面工作,并滿足“眼”圖要求。實際的手機PCB設計中,原型建立即是最終的互操作“一致性”測試。很多時候,環境會產生較大的影響,因此,好的PCB設計(通孔、連接器和適當的差分阻抗)、正確地選擇器件和布局是最重要的。
圖3 插入模擬開關后的入射波特性與MIPI眼圖的比較
那么,如何把相機模塊OR'ing的舊有并行總線架構轉換為帶雙相機(或雙LCD)的更穩健可靠的系統呢(見圖2)?第一個選擇是插入一個相機隔離開關,如FSA1211。
圖 4展示了一個雙相機應用中的SPST 模擬開關(FSA1211)并行架構的入射波響應,其通過對樁線(stubs)和不連續性的隔離來減少反射,從而提高系統性能。在本例中,高速下低分辨率相機及其電容將被隔離,高分辨率相機傳輸。若低分辨率相機通過SPST開關啟用,鑒于低分辨率相機的處理速度,高分辨率相機的樁線的影響極小。從示波器的描跡可看出,當向高分辨率相機發射時,波形不連續和振鈴現象已幾乎消除。
圖4 帶SPST隔離開關的雙相機應用
隨著MIPI D-PHY的面世,串行接口現在可用來取代并行總線,這種概念同樣適用于在雙相機/雙顯示屏應用中利用模擬開關來實現隔離。
確保串行架構相機模塊(見圖5)之間完全隔離的一種更好更先進的方法是使用SPDT模擬開關(比如FSA642)。對于高分辨率雙相機應用,這種方案尤其值得推薦。模擬開關任何一條路徑的啟用都是由相機模塊/處理器軟件堆棧來決定的,然后使用GPIO(通用輸入輸出)來觸發多路復用器。它還可專門配置為雙相機或LCD多路復用單個MIPI端口處理器時鐘及雙數據通道架構。例如,當用戶打開手機翻蓋或滑蓋時,外部小尺寸AMOLED顯示屏關斷,主顯示屏激活,顯示應用圖標。這種模擬開關具有雙向特性,還可以用來實現單個相機或顯示屏與雙處理器之間的多路復用。
圖5 采用了SPDT多路復用開關的雙相機應用
通過對非傳輸相機路徑的隔離,系統在LP和HS流量模式之間轉換時,上升和下降邊緣速率不再因反射而下降,眼圖保持打開。這種架構也適用于雙顯示屏應用。
模擬開關不論是作為媒體通道還是D-PHY Tx的一部分,其互操作性測試都證明了它具有至少800Mbps的性能。
為了進一步提高系統性能,需要關注物理板和布線的細節,盡量減少對信號完整性的影響非常重要。
PCB設計與布線
除了PCB走線匹配的一般性考慮事項,比如最小化樁線(stub)長度,保持100Ω±20%的差分阻抗,通孔最小化,避免90度走線等規則之外,在PCB材料和信號層數目方面,也有一些十分有益的建議。
現在列出一些重要建議如下:
• 首先是主要差分信號的布線,必須放在在GND層的鄰近信號層上,長度1.0mm~1.5mm;
• 保持差分信號走線長度小于75mm(最好25mm);
• 差分信號線路上避免共模扼流圈,除非對EMI必不可少;
• 參考微帶線和帶狀線使用指南,比如使差分串行線路與鄰近接地層隔離;如果信號必須穿過高速差分信號,則需確保其采用垂直方式。
本文討論的MIPI模擬開關,對于HS流量模式,其上升/下降時間為150ps~450ps,它應該盡可能靠近MIPI控制器或驅動器輸出放置。VCC去耦(0.1μF和/或1μF) 也應該盡可能靠近開關引腳放置。
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( 發表人:葉子 )