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如何利用模拟开关实现双相机的总线共享

移动行业处置惩罚器接口同盟(MIPI)标准在移动设备行业日益盛行。现在的移动设备普遍都带有双屏显示和/或双相机架构,尤其是在中高端产品中。MIPI标准最初定义为点到点架构,故第一代处置惩罚器、传感器模块和显示屏都只有单个MIPI端口。

本文描述若何使用模拟开关,让原有处置惩罚器能够在不影响现有系统架构的前提下,轻松与双相机或双显示屏连接,并且在实际利用中经由过程隔离加载在MIPI总线上的第二个相机(或显示屏)的传输线影响来增强系统机能。此外,模拟开关具有双向能力,还能够实现协处置惩罚器到单个相机或显示屏的多路复用,同时不影响机能。

跟着新型观点手机向三屏显示成长,模拟开关多路器以致对更先辈的带2个MIPI端口的处置惩罚器也大年夜有益处。是以,懂得模拟开关的应用措施及其优点将有助于改进或进级移动设备经由过程原有或下一代处置惩罚器而实现的功能。

在对开关利用予以深入评论争论之前,我们简要总结一下移动设备今朝存在的可推动模拟开关运用的一些成长趋势。

破费者盼望尽可能快速高效地造访信息,比如气象、光阴、股票行情、短信等——不论他们的手机电池状态若何;而且他们爱好不必打开手机翻盖或滑盖就能够得到这些信息。一种尺寸更小的显示屏(AMOLED或E-ink)无需频繁应用主触摸屏即可供给这种功能,而主触摸屏经常被留做浏览、视频会议、音乐和利用法度榜样节制等利用。模拟开关就可以支持这类多路复用。

对付双相机利用,作为破费者,我们盼望能够随时抓拍到那些自然可爱的镜头,并把它们放在“图像”(或视频中),我们可以选择带有一个12MP高清相机和一个5MP相机的手机。在社交收集方面,你大概盼望未来手机的功能组合里包孕支持3G技巧的视频会议功能(收集摄像)。模拟开关能够多路复用和隔离相机的数据路径,从而前进两个相机之间电气接口的稳健性。

那么,模拟开关是若何适用于MIPI架构的呢?模拟开关可被视为一个媒体通道,作为传输线互连布局(TLIS)的一部分(图1A),或MIPI发射器的一部分(图1B)。实际中,两者是一回事,但从模拟开关互操作性的角度来看,最好视之为TLIS的一部分,以准确确定其S参数特点。由于若把它视为发射器的一部分,则需进行D-PHY发射器同等性测试以确保互操作性。

图1A 模拟开关作为TLIS(媒体通道)的一部分

图1B 模拟开关作为MIPI系统的一部分

系统设计职员经常担心在点到点总线架构中插入一个模拟开关可能会引入插入损耗,导致系统或互操作性故障。近来几年,跟着在USB情况中大年夜量应用模拟开关来实现USB连接器上多路复用USB、UART音频数据,这种挂念大年夜为削减。对付MIPI架构,也有着同样的转变和乐不雅前景。

模拟开关的RC特点当然必需予以斟酌,但更紧张的是确保优越的PCB设计,只管即便削减不继续点,并实现阻抗匹配。在采纳模拟开关来得到优越的旌旗灯号完备性时,必要斟酌的身分还有:处置惩罚器特点(尤其是IOH/IOL),柔性电缆和连接器设计,额外的滤波器/ESD器件、端子和总线负载。

图2所示为一个传统的旧有的双相机“共享”并行总线架构(高分辨率和低分辨率)及其入射波相应。当旌旗灯号在处置惩罚器和相机模块之间传输时,波形不继续。而上升或下降边缘的任何不继续都将导致无法满意MIPI互操作性规范的要求。

图2 双相机的总线共享架构

经由过程驱动2个同时被供电和端接的MIPI接管端子板(RTB),可以轻松实现图2所示的双相机情况的验证。对付这种架构,当系统从低功率(LP)模式向高速(HS)流量模式转换时,反射将导致边缘速度的下降。当处于HS模式时,差分旌旗灯号的振幅和边缘速度也呈现下降,是以致使眼图关闭。假如两个RTB中有一个关断或未端接,这种下降还会更严重,使眼图进一步关闭。

若何办理这一问题呢?办理规划是增添一个模拟开关。

在插入模拟开关时,关键的影响身分仍旧是入射波相应,由于开关可被视为一个不继续点。必需对开关的RC特点进行优化,以只管即便削减反射,减小边缘速度下降的幅度,从而前进“眼图”机能。乍想之下,开关带来的额外CON/COFF大概会被觉得有损系统机能,但实际中,去除不继续点的反射,足以抵消掉落插入模拟开关所带来的额外电容和串联电感的害处。

MIPI规范应用0.3*UI作为互操作性的标准,这样一来,都盼望自己的系统运行速率越快,开关CON/COFF 特点就变得越关键,这是因为该参数会影响到边缘速度,从而影响到0.3*UI标准。纵然不满意0.3*UI标准,也不料味着开关的插入会导致系统故障或互操作性测试分歧格。开关的RON影响着发射器和接管器之间的电压降,以是在插入模拟开关时必要满意接管器(Rx)灵敏度阈值。但在一样平常环境下,这每每被轻忽,由于经由过程开关驱动的电流很小,电压降平日在10mV或以下(电压摆幅《5%)。图3中,波形1强调过快边缘上升速度或过短边缘上升光阴(《150psec)的潜在影响;波形2为最佳环境,边缘速度《0.3*UI ;波形3显示了过长边缘上升光阴可能导致边缘速度越过MIPI规范。不过,应该留意的是,纵然波形3的边缘速度可能不相符D PHY MIPI互操作性规范的保举数值,系统仍旧能够周全事情,并满意“眼”图要求。实际的手机PCB设计中,原型建立等于终极的互操作“同等性”测试。很多时刻,情况会孕育发生较大年夜的影响,是以,好的PCB设计(通孔、连接器和适当的差分阻抗)、精确地选择器件和结构是最紧张的。

图3 插入模拟开关后的入射波特点与MIPI眼图的对照

那么,若何把相机模块OR'ing的旧有并行总线架构转换为带双相机(或双LCD)的更稳健靠得住的系统呢(见图2)?第一个选择是插入一个相机隔脱离关,如FSA1211。

图 4展示了一个双相机利用中的SPST 模拟开关(FSA1211)并行架构的入射波相应,其经由过程对桩线(stubs)和不继续性的隔离来削减反射,从而前进系统机能。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。若低分辨率相机经由过程SPST开关启用,鉴于低分辨率相机的处置惩罚速率,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,波形不继续和振铃征象已险些打消。

图4 带SPST隔脱离关的双相机利用

跟着MIPI D-PHY的面世,串行接口现在可用来取代并行总线,这种观点同样适用于在双相机/双显示屏利用中使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辈的措施是应用SPDT模拟开关(比如FSA642)。对付高分辨率双相机利用,这种规划尤其值得保举。模拟开关任何一条路径的启用都是由相机模块/处置惩罚器软件客栈来抉择的,然后应用GPIO(通用输入输出)来触发多路复用器。它还可专门设置设置设备摆设摆设为双相机或LCD多路复用单个MIPI端口处置惩罚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,显示利用图标。这种模拟开关具有双向特点,还可以用来实现单个相机或显示屏与双处置惩罚器之间的多路复用。

图5 采纳了SPDT多路复用开关的双相机利用

经由过程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,上升和下降边缘速度不再因反射而下降,眼图维持打开。这种架构也适用于双显示屏利用。

模拟开关不论是作为媒体通道照样D-PHY Tx的一部分,其互操作性测试都证清楚明了它具有至少800Mbps的机能。

为了进一步前进系统机能,必要关注物理板和布线的细节,只管即便削减对旌旗灯号完备性的影响异常紧张。

PCB设计与布线

除了PCB走线匹配的一样平常性斟酌事变,比如最小化桩线(stub)长度,维持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材料和旌旗灯号层数目方面,也有一些十分有益的建议。

现在列出一些紧张建议如下:

• 首先是主要差分旌旗灯号的布线,必须放在在GND层的左近旌旗灯号层上,长度1.0mm~1.5mm;

• 维持差分旌旗灯号走线长度小于75mm(最好25mm);

• 差分旌旗灯号线路上避免共模扼流圈,除非对EMI必弗成少;

• 参考微带线和带状线应用指南,比如使差分串行线路与左近接地层隔离;假如旌旗灯号必须穿过高速差分旌旗灯号,则需确保其采纳垂直要领。

本文评论争论的MIPI模拟开关,对付HS流量模式,其上升/下降光阴为150ps~450ps,它应该尽可能接近MIPI节制器或驱动器输出放置。VCC去耦(0.1μF和/或1μF) 也应该尽可能接近开关引脚放置。

总而言之,系统工程师不必担心插入到D-PHY发射器和接管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系统情况进行了优化,加之出色的旌旗灯号完备性技巧和电路板设计,能够让设计职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。充分懂得优化模拟开关的特点以及MIPI情况中每一部分的紧张性,就可以实现异常稳健靠得住的设计。本文评论争论的高机能MIPI开关拥有一个完备产品组合(如FSA642),这些器件异常适用于超便携式产品和破费产品中的MIPI D-PHY旌旗灯号路径,同时还能维持旌旗灯号完备性,并优化关键的用户指标。

滥觞;电子工程网

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