D-PHY MIPI双相机/双显示屏应用中的模拟开关

D-PHY MIPI双相机/双显示屏应用中的模拟开关

　　MIPI规范使用0.3*UI作为互操作性的标准，这样一来，都希望自己的系统运行速度越快，开关CON/COFF 特性就变得越关键，这是由于该参数会影响到边缘速率，从而影响到0.3*UI标准。即使不满足0.3*UI标准，也不意味着开关的插入会导致系统故障或互操作性测试不合格。开关的RON影响着发射器和接收器之间的电压降，所以在插入模拟开关时需要满足接收器（Rx）灵敏度阈值。但在一般情况下，这往往被忽略，因为通过开关驱动的电流很小，电压降通常在10mV或以下（电压摆幅《5%）。图3中，波形1强调过快边缘上升速率或过短边缘上升时间（《150psec）的潜在影响；波形2为最佳情况，边缘速率《0.3*UI ；波形3显示了过长边缘上升时间可能导致边缘速率超出MIPI规范。不过，应该注意的是，即使波形3的边缘速率可能不符合D PHY MIPI互操作性规范的推荐数值，系统仍然能够全面工作，并满足“眼”图要求。实际的手机PCB设计中，原型建立即是最终的互操作“一致性”测试。很多时候，环境会产生较大的影响，因此，好的PCB设计（通孔、连接器和适当的差分阻抗）、正确地选择器件和布局是最重要的。

　　图3 插入模拟开关后的入射波特性与MIPI眼图的比较

　　那么，如何把相机模块OR'ing的旧有并行总线架构转换为带双相机（或双LCD）的更稳健可靠的系统呢（见图2）？第一个选择是插入一个相机隔离开关，如FSA1211。

　　图 4展示了一个双相机应用中的SPST 模拟开关（FSA1211）并行架构的入射波响应，其通过对桩线（stubs）和不连续性的隔离来减少反射，从而提高系统性能。在本例中，高速下低分辨率相机及其电容将被隔离，高分辨率相机传输。若低分辨率相机通过SPST开关启用，鉴于低分辨率相机的处理速度，高分辨率相机的桩线的影响极小。从示波器的描迹可看出，当向高分辨率相机发射时，波形不连续和振铃现象已几乎消除。

　　图4 带SPST隔离开关的双相机应用

　　随着MIPI D-PHY的面世，串行接口现在可用来取代并行总线，这种概念同样适用于在双相机/双显示屏应用中利用模拟开关来实现隔离。

　　确保串行架构相机模块（见图5）之间完全隔离的一种更好更先进的方法是使用SPDT模拟开关（比如FSA642）。对于高分辨率双相机应用，这种方案尤其值得推荐。模拟开关任何一条路径的启用都是由相机模块/处理器软件堆栈来决定的，然后使用GPIO（通用输入输出）来触发多路复用器。它还可专门配置为双相机或LCD多路复用单个MIPI端口处理器时钟及双数据通道架构。例如，当用户打开手机翻盖或滑盖时，外部小尺寸AMOLED显示屏关断，主显示屏激活，显示应用图标。这种模拟开关具有双向特性，还可以用来实现单个相机或显示屏与双处理器之间的多路复用。

　　图5 采用了SPDT多路复用开关的双相机应用

　　通过对非传输相机路径的隔离，系统在LP和HS流量模式之间转换时，上升和下降边缘速率不再因反射而下降，眼图保持打开。这种架构也适用于双显示屏应用。

　　模拟开关不论是作为媒体通道还是D-PHY Tx的一部分，其互操作性测试都证明了它具有至少800Mbps的性能。

　　为了进一步提高系统性能，需要关注物理板和布线的细节，尽量减少对信号完整性的影响非常重要。

　　PCB设计与布线

　　除了PCB走线匹配的一般性考虑事项，比如最小化桩线（stub）长度，保持100Ω±20%的差分阻抗，通孔最小化，避免90度走线等规则之外，在PCB材料和信号层数目方面，也有一些十分有益的建议。

　　现在列出一些重要建议如下：

　　? 首先是主要差分信号的布线，必须放在在GND层的邻近信号层上，长度1.0mm～1.5mm；

　　? 保持差分信号走线长度小于75mm（最好25mm）；

　　? 差分信号线路上避免共模扼流圈，除非对EMI必不可少；

　　? 参考微带线和带状线使用指南，比如使差分串行线路与邻近接地层隔离；如果信号必须穿过高速差分信号，则需确保其采用垂直方式。

　　本文讨论的MIPI模拟开关，对于HS流量模式，其上升/下降时间为150ps～450ps，它应该尽可能靠近MIPI控制器或驱动器输出放置。VCC去耦（0.1μF和/或1μF） 也应该尽可能靠近开关引脚放置。

　　总而言之，系统工程师不必担心插入到D-PHY发射器和接收器之间的模拟开关会引起什么问题。相反，模拟开关针对MIPI D-PHY系统环境进行了优化，加之出色的信号完整性技术和电路板设计，能够让设计人员和产品制造商多路复用相关数据源，实现功能的快速扩展。充分了解优化模拟开关的特性以及MIPI环境中每一部分的重要性，就可以实现非常稳健可靠的设计。本文讨论的高性能MIPI开关拥有一个完整产品组合（如FSA642），这些器件非常适用于超便携式产品和消费产品中的MIPI D-PHY信号路径，同时还能保持信号完整性，并优化关键的用户指标。