雙相機的總線共享架構(gòu)資料下載

??移動行業(yè)處理器接口聯(lián)盟（MIPI）標(biāo)準(zhǔn)在移動設(shè)備行業(yè)日益流行?，F(xiàn)在的移動設(shè)備普遍都帶有雙屏顯示和/或雙相機架構(gòu)，尤其是在中高端產(chǎn)品中。MIPI標(biāo)準(zhǔn)最初定義為點到點架構(gòu)，故第一代處理器、傳感器模塊和顯示屏都只有單個MIPI端口。 ??本文描述如何利用模擬開關(guān)，讓原有處理器能夠在不影響現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的條件下，輕松與雙相機或雙顯示屏連接，并且在實際應(yīng)用中通過隔離加載在MIPI總線上的第二個相機（或顯示屏）的傳輸線影響來增強系統(tǒng)性能。此外，模擬開關(guān)具有雙向能力，還能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)處理器到單個相機或顯示屏的多路復(fù)用，同時不影響性能。 ??隨著新型概念手機向三屏顯示發(fā)展，模擬開關(guān)多路器甚至對更先進(jìn)的帶2個MIPI端口的處理器也大有益處。因此，了解模擬開關(guān)的使用方法及其優(yōu)點將有助于改進(jìn)或升級移動設(shè)備通過原有或下一代處理器而實現(xiàn)的功能。 ??在對開關(guān)應(yīng)用予以深入討論之前，我們簡要總結(jié)一下移動設(shè)備目前存在的可推動模擬開關(guān)運用的一些發(fā)展趨勢。 ??消費者希望盡可能快速高效地訪問信息，比如天氣、時間、股票行情、短信等——不論他們的手機電池狀態(tài)如何；而且他們喜歡不必打開手機翻蓋或滑蓋就能夠獲得這些信息。一種尺寸更小的顯示屏（AMOLED或E-ink）無需頻繁使用主觸摸屏即可提供這種功能，而主觸摸屏常常被留做瀏覽、視頻會議、音樂和應(yīng)用程序控制等應(yīng)用。模擬開關(guān)就可以支持這類多路復(fù)用。 ??對于雙相機應(yīng)用，作為消費者，我們希望能夠隨時抓拍到那些自然可愛的鏡頭，并把它們放在“圖像”（或視頻中），我們可以選擇帶有一個12MP高清相機和一個5MP相機的手機。在社交網(wǎng)絡(luò)方面，你也許希望未來手機的功能組合里包含支持3G技術(shù)的視頻會議功能（網(wǎng)絡(luò)攝像）。模擬開關(guān)能夠多路復(fù)用和隔離相機的數(shù)據(jù)路徑，從而提高兩個相機之間電氣接口的穩(wěn)健性。 ??那么，模擬開關(guān)是如何適用于MIPI架構(gòu)的呢？模擬開關(guān)可被視為一個媒體通道，作為傳輸線互連結(jié)構(gòu)（TLIS）的一部分（圖1A），或MIPI發(fā)射器的一部分（圖1B）。實際中，兩者是一回事，但從模擬開關(guān)互操作性的角度來看，最好視之為TLIS的一部分，以準(zhǔn)確確定其S參數(shù)特性。因為若把它視為發(fā)射器的一部分，則需進(jìn)行D-PHY發(fā)射器一致性測試以確?；ゲ僮餍?。 ? ?? ??圖1A 模擬開關(guān)作為TLIS（媒體通道）的一部分 ??圖1B 模擬開關(guān)作為MIPI系統(tǒng)的一部分 ? ??系統(tǒng)設(shè)計人員常常擔(dān)心在點到點總線架構(gòu)中插入一個模擬開關(guān)可能會引入插入損耗，導(dǎo)致系統(tǒng)或互操作性故障。最近幾年，隨著在USB環(huán)境中大量使用模擬開關(guān)來實現(xiàn)USB上多路復(fù)用USB、UART或音頻數(shù)據(jù)，這種顧慮大為減少。對于MIPI架構(gòu)，也有著同樣的轉(zhuǎn)變和樂觀前景。 ??模擬開關(guān)的RC特性當(dāng)然必需予以考慮，但更重要的是確保良好的，盡量減少不連續(xù)點，并實現(xiàn)阻抗匹配。在采用模擬開關(guān)來獲得良好的信號完整性時，需要考慮的因素還有：處理器特性（尤其是IOH/IOL），柔性電纜和連接器設(shè)計，額外的濾波器/ESD器件、端子和總線負(fù)載。 ??圖2所示為一個傳統(tǒng)的舊有的雙相機“共享”并行總線架構(gòu)（高分辨率和低分辨率）及其入射波響應(yīng)。當(dāng)信號在處理器和相機模塊之間傳輸時，波形不連續(xù)。而上升或下降邊緣的任何不連續(xù)都將導(dǎo)致無法滿足MIPI互操作性規(guī)范的要求。 ? ?? ??圖2 雙相機的總線共享架構(gòu) ? ??通過驅(qū)動2個同時被供電和端接的MIPI接收端子板（RTB），可以輕松實現(xiàn)圖2所示的雙相機環(huán)境的驗證。對于這種架構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)從低功率（LP）模式向高速（HS）流量模式轉(zhuǎn)換時，反射將導(dǎo)致邊緣速率的下降。當(dāng)處于HS模式時，差分信號的振幅和邊緣速率也出現(xiàn)下降，因此致使眼圖關(guān)閉。如果兩個RTB中有一個關(guān)斷或未端接，這種下降還會更嚴(yán)重，使眼圖進(jìn)一步關(guān)閉。 ??如何解決這一問題呢？解決方案是增加一個模擬開關(guān)。 ??在插入模擬開關(guān)時，關(guān)鍵的影響因素仍然是入射波響應(yīng)，因為開關(guān)可被視為一個不連續(xù)點。必需對開關(guān)的RC特性進(jìn)行優(yōu)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(guān)帶來的額外CON/COFF也許會被認(rèn)為有損系統(tǒng)性能，但實際中，去除不連續(xù)點的反射，足以抵消掉插入模擬開關(guān)所帶來的額外電容和串聯(lián)電感的害處。 ??MIPI規(guī)范使用0.3*UI作為互操作性的標(biāo)準(zhǔn)，這樣一來，都希望自己的系統(tǒng)運行速度越快，開關(guān)CON/COFF 特性就變得越關(guān)鍵，這是由于該參數(shù)會影響到邊緣速率，從而影響到0.3*UI標(biāo)準(zhǔn)。即使不滿足0.3*UI標(biāo)準(zhǔn)，也不意味著開關(guān)的插入會導(dǎo)致系統(tǒng)故障或互操作性測試不合格。開關(guān)的RON影響著發(fā)射器和接收器之間的電壓降，所以在插入模擬開關(guān)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(guān)驅(qū)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(diào)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(dǎo)致邊緣速率超出MIPI規(guī)范。不過，應(yīng)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(guī)范的推薦數(shù)值，系統(tǒng)仍然能夠全面工作，并滿足“眼”圖要求。實際的手機中，原型建立即是最終的互操作“一致性”測試。很多時候，環(huán)境會產(chǎn)生較大的影響，因此，好的PCB設(shè)計（通孔、和適當(dāng)?shù)牟罘肿杩梗?、正確地選擇器件和布局是最重要的。 ? ?? ??圖3 插入模擬開關(guān)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(gòu)轉(zhuǎn)換為帶雙相機（或雙LCD）的更穩(wěn)健可靠的系統(tǒng)呢（見圖2）？第一個選擇是插入一個相機隔離開關(guān)，如FSA1211。 ??圖 4展示了一個雙相機應(yīng)用中的SPST 模擬開關(guān)（FSA1211）并行架構(gòu)的入射波響應(yīng)，其通過對樁線（stubs）和不連續(xù)性的隔離來減少反射，從而提高系統(tǒng)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(guān)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(dāng)向高分辨率相機發(fā)射時，波形不連續(xù)和振鈴現(xiàn)象已幾乎消除。 ? ?? ??圖4 帶SPST隔離開關(guān)的雙相機應(yīng)用 ? ??隨著MIPI D-PHY的面世，串行接口現(xiàn)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(yīng)用中利用模擬開關(guān)來實現(xiàn)隔離。 ??確保串行架構(gòu)相機模塊（見圖5）之間完全隔離的一種更好更先進(jìn)的方法是使用SPDT模擬開關(guān)（比如FSA642）。對于高分辨率雙相機應(yīng)用，這種方案尤其值得推薦。模擬開關(guān)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(fā)多路復(fù)用器。它還可專門配置為雙相機或LCD多路復(fù)用單個MIPI端口處理器時鐘及雙數(shù)據(jù)通道架構(gòu)。例如，當(dāng)用戶打開手機翻蓋或滑蓋時，外部小尺寸AMOLED顯示屏關(guān)斷，主顯示屏激活，顯示應(yīng)用圖標(biāo)。這種模擬開關(guān)具有雙向特性，還可以用來實現(xiàn)單個相機或顯示屏與雙處理器之間的多路復(fù)用。 ? ?? ??圖5 采用了SPDT多路復(fù)用開關(guān)的雙相機應(yīng)用 ? ??通過對非傳輸相機路徑的隔離，系統(tǒng)在LP和HS流量模式之間轉(zhuǎn)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(gòu)也適用于雙顯示屏應(yīng)用。 ??模擬開關(guān)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(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，需要關(guān)注物理板和布線的細(xì)節(jié)，盡量減少對信號完整性的影響非常重要。 ??PCB設(shè)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(guī)則之外，在PCB材料和信號層數(shù)目方面，也有一些十分有益的建議。