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新的移動智能電話和便攜式移動互聯網設備(MID)設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，新的平臺能夠實現諸如高清視頻捕獲、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處理器接口 (Mobile Industry Processor Interface，MIPI) 架構的功能性；此外還將探討在單個應用設備中，利用高性能模擬開關在兩個器件之間共享高速MIPI路徑的優點和設計考慮事項。 在當今世界，高科技手持式設備廣為流行，你或許會以為并行數據接口是一件過時的東西。畢竟這種架構已面市數十年，對于如今關注小尺寸、低功耗、功能豐富的市場來說，它不再被視作未來發展的候選技術。然而，仍有許多新型移動電話和MID設計繼續采用這種舊有接口，因為它是應用處理器的唯一可用接口。 當前，終端市場要求新設計具有更低功耗、更高數據傳輸率和更小的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設計人員所采用。現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備領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）協議，它們通過物理互連對主機與外設之間的數據進行管理、差錯和通信。 MIPI D-PHY規定了連接處理器和外設的物理層的物理及電氣特性，這些MIPI接口為服務移動設備市場而專門設計。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實現方案模塊示意圖 這里舉兩個MIPI獲大規模采納的例子，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 架構可通過減少其差分串行接口中的I/O 數目來降低處理器的引腳數目及功耗，故是當仁不讓的最佳選擇。動態可調的低功耗 (LP) 和高速 (HS) 數據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設計靈活性得以提高，從而能夠改進連接器或外設器件的布局。雖然這些優點為許多串行接口所共有，但MIPI 是專門在高速(數據傳輸)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與其它差分技術的信號擺幅。 圖2：幾種流行的差分擺幅（differential-swing）技術的信號振幅比較 這種架構的另一個主要特性是可擴展性。MIPI規定了一個差分時鐘通道(lane)和一個從1到4數量可擴展的數據通道，可根據處理器和外設的需求來調節數據率。而且，MIPI D-PHY規范只給出了數據率范圍，并沒有規定具體的工作速率。在一個應用中，可用的數據通道和數據率都由接口兩端的器件決定。不過，目前可用的MIPI D-PHY IP內核可提供每數據通道高達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作為數據接口還有一大好處。由于MIPI DSI 和 CSI-2架構為新設計帶來了靈活性，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設計。有了具備 MIPI功能的新處理器設計提供的帶寬能力，現在就可以考慮利用單個MIPI接口來實現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計中，針對MIPI信號進行設計和優化的高帶寬模擬開關，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，能夠實現兩個外設MIPI器件之間共享一路MIPI 時鐘通道和兩路MIPI數據通道。這樣的開關可以提供一些額外的優點：對未選擇器件的雜散信號(stub)進行隔離，并提高布線和外設布局的靈活性。為了確保MIPI互連路徑上的這些物理開關的成功設計，除帶寬之外，還必須考慮以下一些主要的開關參數： 1. 關斷隔離：為了保持有源時鐘/數據路徑的信號完整性，要求開關具備高效的關斷隔離性能。對于200mV、最大共模失配（common-mode mismatch）5mV的高速MIPI差分信號，開關路徑之間的關斷隔離應該為-30dBm或更好。 2. 差分延遲差：差分對內部信號間的延遲差（skew）(差分對內延遲差)和時鐘與數據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，這類開關的業界同類最佳延遲差性能目前在20 ps 到 30 ps之間。 3. 開關阻抗：在選擇模擬開關時，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據傳輸和高速數據傳輸模式。因此，開關的RON應該平衡選擇以優化混合工作模式的性能。理想情況下，這一參數應該分別針對每一個工作模式而設定。結合每一模式的最佳RON，并保持很低的開關CON對保持接收端的壓擺率(slew rate)十分重要。一般規則是，使CON 低于10 pF將有助于避免高速模式下通過開關的信號轉換時間的惡化(延長)。 隨著MIPI接口架構逐漸被移動平臺所采用，設計人員最終可能淘汰原有的并行接口，相比以往數代設計，這種替代方案能夠節省功率、空間和成本，同時幫助終端客戶提高生產率，并為他們帶來更令人滿意的體驗。下一代必備移動設計創新的關鍵在于充分利用帶MIPI功能的處理器和外設所提供的靈活性和功能。飛兆半導體的FSA642專門針對MIPI互連路徑而設計，在這樣的模擬開關的協助之下，上述移動設備能夠進一步擴展功能特性，在終端產品中無縫整合多個高性能外設器件。因此，移動設計的未來最終在于此——您準備好采用MIPI了嗎？ |
