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新的移動智能電話和便攜式移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)設(shè)計正在越來越多地利用新一代處理器的低功耗和高性能特性。在這些移動應用中，新的平臺能夠?qū)崿F(xiàn)諸如高清視頻捕獲、高分辨率雙相機、更高顯示分辨率和支持同時多顯示屏等帶寬密集型功能。本文將概述能夠滿足這些大帶寬功能的、日益流行的移動行業(yè)處理器接口 (Mobile Industry Processor Interface，MIPI) 架構(gòu)的功能性；此外還將探討在單個應用設(shè)備中，利用高性能模擬開關(guān)在兩個器件之間共享高速MIPI路徑的優(yōu)點和設(shè)計考慮事項。 在當今世界，高科技手持式設(shè)備廣為流行，你或許會以為并行數(shù)據(jù)接口是一件過時的東西。畢竟這種架構(gòu)已面市數(shù)十年，對于如今關(guān)注小尺寸、低功耗、功能豐富的市場來說，它不再被視作未來發(fā)展的候選技術(shù)。然而，仍有許多新型移動電話和MID設(shè)計繼續(xù)采用這種舊有接口，因為它是應用處理器的唯一可用接口。 當前，終端市場要求新設(shè)計具有更低功耗、更高數(shù)據(jù)傳輸率和更小的PCB占位空間，在這種巨大壓力之下，一些智能化且具有更高性能價格比的替代方案開始逐漸為相關(guān)設(shè)計人員所采用。現(xiàn)在使用的幾種基于標準的串行差分接口當中，MIPI接口在功率敏感同時又要求高性能的移動手持式設(shè)備領(lǐng)域中的增長極為迅速。而基帶和顯示器/相機模塊對MIPI顯示器串行接口(Display Serial Interface，DSI) 和相機串行接口(Camera Serial Interface，CSI-2)協(xié)議的廣泛采納，正是這種增長的主要推動力。DSI 和 CSI-2是分別針對顯示器和相機要求的邏輯層（logical-level）協(xié)議，它們通過物理互連對主機與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)進行管理、差錯和通信。 MIPI D-PHY規(guī)定了連接處理器和外設(shè)的物理層的物理及電氣特性，這些MIPI接口為服務移動設(shè)備市場而專門設(shè)計。圖1所示為顯示器與相機路徑上的MIPI接口的頂層模塊示意圖。 圖1：MIPI實現(xiàn)方案模塊示意圖 這里舉兩個MIPI獲大規(guī)模采納的例子，包括兩大主流芯片組制造商英特爾（Intel）和Marvell都在它們最新的移動芯片架構(gòu)中集成了MIPI功能，英特爾的Moorestown處理器和Marvell的Armada 600處理器都采用了基于MIPI標準的 DSI 或 CSI接口。MIPI 架構(gòu)可通過減少其差分串行接口中的I/O 數(shù)目來降低處理器的引腳數(shù)目及功耗，故是當仁不讓的最佳選擇。動態(tài)可調(diào)的低功耗 (LP) 和高速 (HS) 數(shù)據(jù)模式以及高速模式下的低信號擺幅（signal swing），也可為MIPI 提供比單端接口更好的EMI輻射性能和EMI抗擾性能。此外，由于連線減少，PCB設(shè)計靈活性得以提高，從而能夠改進連接器或外設(shè)器件的布局。雖然這些優(yōu)點為許多串行接口所共有，但MIPI 是專門在高速(數(shù)據(jù)傳輸)模式下采用低振幅信號擺幅，針對功率敏感型應用而量身定做的。圖2比較了MIPI與其它差分技術(shù)的信號擺幅。 圖2：幾種流行的差分擺幅（differential-swing）技術(shù)的信號振幅比較 這種架構(gòu)的另一個主要特性是可擴展性。MIPI規(guī)定了一個差分時鐘通道(lane)和一個從1到4數(shù)量可擴展的數(shù)據(jù)通道，可根據(jù)處理器和外設(shè)的需求來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)率。而且，MIPI D-PHY規(guī)范只給出了數(shù)據(jù)率范圍，并沒有規(guī)定具體的工作速率。在一個應用中，可用的數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)率都由接口兩端的器件決定。不過，目前可用的MIPI D-PHY IP內(nèi)核可提供每數(shù)據(jù)通道高達1 Gbps的傳輸率，這種特性無疑意味著MIPI完全適用于當前及未來的高性能應用。 采用 MIPI作為數(shù)據(jù)接口還有一大好處。由于MIPI DSI 和 CSI-2架構(gòu)為新設(shè)計帶來了靈活性，并支持XGA顯示和高于8百萬像素相機等令人矚目的功能，故MIPI非常適合于新的智能電話和MID設(shè)計。有了具備 MIPI功能的新處理器設(shè)計提供的帶寬能力，現(xiàn)在就可以考慮利用單個MIPI接口來實現(xiàn)高分辨率雙屏顯示和/或雙相機等新穎功能了。 在采用了這些功能的設(shè)計中，針對MIPI信號進行設(shè)計和優(yōu)化的高帶寬模擬開關(guān)，如飛兆半導體公司的FSA642，可用于多個顯示屏或相機組件之間的切換。 FSA642是一款高帶寬三路 差分單刀雙擲 (SPDT)模擬開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個外設(shè)MIPI器件之間共享一路MIPI 時鐘通道和兩路MIPI數(shù)據(jù)通道。這樣的開關(guān)可以提供一些額外的優(yōu)點：對未選擇器件的雜散信號(stub)進行隔離，并提高布線和外設(shè)布局的靈活性。為了確保MIPI互連路徑上的這些物理開關(guān)的成功設(shè)計，除帶寬之外，還必須考慮以下一些主要的開關(guān)參數(shù)： 1. 關(guān)斷隔離：為了保持有源時鐘/數(shù)據(jù)路徑的信號完整性，要求開關(guān)具備高效的關(guān)斷隔離性能。對于200mV、最大共模失配（common-mode mismatch）5mV的高速MIPI差分信號，開關(guān)路徑之間的關(guān)斷隔離應該為-30dBm或更好。 2. 差分延遲差：差分對內(nèi)部信號間的延遲差（skew）(差分對內(nèi)延遲差)和時鐘與數(shù)據(jù)通道差分交叉點之間的延遲差(通道間延遲差) 必需降至50 ps或更小。對于這些參數(shù)，這類開關(guān)的業(yè)界同類最佳延遲差性能目前在20 ps 到 30 ps之間。 3. 開關(guān)阻抗：在選擇模擬開關(guān)時，第三個主要考慮事項是導通阻抗(RON) 和導通電容 (CON)的阻抗特性的折衷選擇。MIPI D-PHY鏈路同時支持低功耗數(shù)據(jù)傳輸和高速數(shù)據(jù)傳輸模式。因此，開關(guān)的RON應該平衡選擇以優(yōu)化混合工作模式的性能。理想情況下，這一參數(shù)應該分別針對每一個工作模式而設(shè)定。結(jié)合每一模式的最佳RON，并保持很低的開關(guān)CON對保持接收端的壓擺率(slew rate)十分重要。一般規(guī)則是，使CON 低于10 pF將有助于避免高速模式下通過開關(guān)的信號轉(zhuǎn)換時間的惡化(延長)。 隨著MIPI接口架構(gòu)逐漸被移動平臺所采用，設(shè)計人員最終可能淘汰原有的并行接口，相比以往數(shù)代設(shè)計，這種替代方案能夠節(jié)省功率、空間和成本，同時幫助終端客戶提高生產(chǎn)率，并為他們帶來更令人滿意的體驗。下一代必備移動設(shè)計創(chuàng)新的關(guān)鍵在于充分利用帶MIPI功能的處理器和外設(shè)所提供的靈活性和功能。飛兆半導體的FSA642專門針對MIPI互連路徑而設(shè)計，在這樣的模擬開關(guān)的協(xié)助之下，上述移動設(shè)備能夠進一步擴展功能特性，在終端產(chǎn)品中無縫整合多個高性能外設(shè)器件。因此，移動設(shè)計的未來最終在于此——您準備好采用MIPI了嗎？ |
