【360度看新一代示波器】系列之六： MIPI D-PHY物理層自動一致性測試

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本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202002/410065.htm

對低功耗高清顯示器的需求，正推動著對高速串行總線的采用，特別是移動設(shè)備。MIPI D-PHY是一種標(biāo)準(zhǔn)總線，是為在應(yīng)用處理器、攝像機(jī)和顯示器之間傳送數(shù)據(jù)而設(shè)計的。該標(biāo)準(zhǔn)得到了MIPI聯(lián)盟的支持，MIPI聯(lián)盟是由多家公司（主要來自移動設(shè)備行業(yè)）組成的協(xié)會。該標(biāo)準(zhǔn)由聯(lián)盟成員使用，而一致性測試則在保證設(shè)備可靠運(yùn)行及各廠商之間互操作方面發(fā)揮著重要作用。自動測試系統(tǒng)采用可靠的示波器和探頭，幫助設(shè)計人員加快測試速度，改善可重復(fù)性，簡化報告編制工作。

高速運(yùn)行的物理層

D-PHY的物理層由一個時鐘和四條數(shù)據(jù)通路[D0:D3]組成，可以以非常高的速度運(yùn)行。物理層可以支持不同的協(xié)議層。例如，攝像機(jī)捕捉的影像可以通過采用CSI-2協(xié)議的D-PHY物理層傳送到處理器，再傳送到應(yīng)用處理器，然后通過采用DSI協(xié)議的D-PHY物理層傳送到顯示器。這里的CSI和DSI指D-PHY上運(yùn)行的協(xié)議。每條通路上的數(shù)據(jù)在使用V1.2標(biāo)準(zhǔn)時傳送速率可以達(dá)到2.5 Gbps，在使用V2.1標(biāo)準(zhǔn)時可以達(dá)到4.5 Gbps，從而可以傳送高分辨率和高清晰度的影像。

數(shù)據(jù)通路[D0:D3]的D0通路是雙向通路，用于總線周轉(zhuǎn)(BTA)功能。在主發(fā)射機(jī)要求外設(shè)響應(yīng)時，它會在傳輸最后的數(shù)據(jù)包時向其PHY發(fā)出一個請求，告訴PHY層在傳輸結(jié)束(EoT)后確認(rèn)總線周轉(zhuǎn)(BTA)命令。其余通路和時鐘都是單向的，數(shù)據(jù)在不同通路中被剝離。例如，第一個字節(jié)將在D0上傳送，然后第二個字節(jié)將在D1上傳送，依此類推，第五個字節(jié)將在D0上傳送。根據(jù)設(shè)計要求，數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)可以從一路擴(kuò)充到四路。圖3是1時鐘3路系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)剝離圖。每條通路有一個獨立的傳輸開始(SoT)和傳輸結(jié)束(EoP)，SoT在所有通路之間同步。但是，某些通路可能會在其他通路之前先完成HS傳輸(EoT)。

在四條通路之間，在以2.5 Gbps/路運(yùn)行時，D-PHY 1.2信號的最大吞吐量約為10 Gbps。物理層信號有兩種模式：高速(HS)模式和低功率(LP)模式。高速[HS]模式用于快速傳送數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)處于空閑時，低功率[LP]模式用來傳送控制信息，以延長電池續(xù)航時間。HS和LP模式有不同的端接方式，系統(tǒng)應(yīng)能夠動態(tài)改變端接方式，以支持這兩種模式。

HS數(shù)據(jù)的速度越高，顯示器能夠支持的分辨率越高，影像的清晰度也就越好。數(shù)據(jù)速率與分辨率之間的關(guān)系，還要看一下其他幾個參數(shù)。

·   像素時鐘：決定著像素傳送的速率

·   刷新速率：屏幕每秒刷新次數(shù)

·   色彩深度：用來表示一個像素的顏色的位數(shù)

像素時鐘的推導(dǎo)公式如下：像素時鐘 = 水平樣點數(shù) x 垂直行數(shù) x 刷新速率。其中水平樣點數(shù)和垂直行數(shù)包括水平和垂直消隱間隔。

圖1. D-PHY數(shù)據(jù)通路在連續(xù)時鐘模式下的模式和狀態(tài)。(MIPI聯(lián)盟D-PHY規(guī)范第1.2版，MIPI聯(lián)盟公司)

圖2. D-PHY時鐘通路在正常時鐘模式下的模式和狀態(tài)。(MIPI聯(lián)盟D-PHY規(guī)范第1.2版，MIPI聯(lián)盟公司)

如何測試電接口信令？

數(shù)據(jù)在HS模式下傳送，在線路空閑時，發(fā)射機(jī)切換到低功率模式，以便節(jié)能。在高速(HS)模式下，差分電壓最小值是140 mV，標(biāo)稱值是200 mV，最大值是270 mV，數(shù)據(jù)速率擴(kuò)展到最大2.5 Gb/s。HS模式由兩種可能狀態(tài)組成：Differential-0 (HS-0)和Differential-1 (HS-1)。

在低功率(LP)模式下，信令采用兩條單端線路，擺幅為1.2 V，最大運(yùn)行數(shù)據(jù)速率為10 Mb/s。數(shù)據(jù)+(Dp)線路和數(shù)據(jù)-(Dn)線路相互獨立。每條線路可以有兩種狀態(tài)：0和1，這會導(dǎo)致LP模式，其有四種可能的狀態(tài)：LP-00, LP-01, LP-10, LP-11。

為了適應(yīng)兩種不同的運(yùn)行模式，接收機(jī)端的端接必須是動態(tài)的。在HS模式下，接收機(jī)端必須以差分方式端接100 Ω；在LP模式下，接收機(jī)開路(未端接)。HS模式下的上升時間與LP模式下是不同的。

接收機(jī)端動態(tài)端接加大了D-PHY信號測試的復(fù)雜度，這給探測帶來極大挑戰(zhàn)。探頭必須能夠在HS信號和LP信號之間無縫切換，而不會給DUT帶來負(fù)載。必須在HS進(jìn)入模式下測量大多數(shù)全局定時參數(shù)，其需要作為僅時鐘測試、僅數(shù)據(jù)測試和時鐘到數(shù)據(jù)測試來執(zhí)行。還要在示波器的不同通道上同時采集Clock+ (Cp)、Clock- (Cn)、Data+ (Dp)、Data- (Dn)。

鑒于D-PHY1.2規(guī)范支持的最大速度是2.5 Gbps，所以要求的最低帶寬是8 GHz，那么探頭在8 GHz以下帶寬時應(yīng)擁有穩(wěn)定的特點，以便能夠捕獲HS-LP和LP-HS跳變區(qū)域中的波形。

D-PHY正成為汽車顯示器和攝像機(jī)應(yīng)用中流行的標(biāo)準(zhǔn)。在不同的汽車溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試，也可能帶來挑戰(zhàn)，特別是在探測方面。

用MSO6進(jìn)行自動一致性測試

示波器和探頭要求的最低帶寬是4 GHz。在2.5 Gbps的最高數(shù)據(jù)速率時，示波器和探頭建議帶寬是8 GHz。設(shè)置包括：示波器，4 只低負(fù)載單端探頭，TekExpress D-PHY 1.2 自動測試解決方案，高級抖動分析 ( 推薦 )，探測、端接電路板。

TekExpress解決方案把速度最快的自動測試解決方案與6系列MSO、MSO/DPO7000/DX和DPO70000SX示波器整合在一起。TekExpress軟件提供了一個圖形用戶界面(GUI)，其架構(gòu)包含從設(shè)置到測試的直觀工作流程，而不管采用哪個通路端接。在線工作情況下執(zhí)行一致性測量，并可以針對特定DUT數(shù)據(jù)速率來配置設(shè)置，調(diào)節(jié)極限，并進(jìn)行量身定制。在配置高級抖動分析(選項DJA)的儀器上，TekExpress D-PHY解決方案為數(shù)據(jù)到時鐘時延測試?yán)L制眼圖，清楚地表明數(shù)據(jù)和時鐘之間的時延信息。

圖3. 采用6 系列MSO 的單端測試設(shè)置。

圖4. HS-TX時鐘到數(shù)據(jù)通路定時測試中使用的眼圖。

TekExpress自動測試框架是市場上速度最快的D-PHY合規(guī)性解決方案，明顯節(jié)省了測試時間，特別是在各種環(huán)境條件下表征DUT性能時。該解決方案還可以在預(yù)錄模式下測試離線波形，可以先捕獲多輪數(shù)據(jù)，后面再對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，省時省力。

報告功能支持多種格式和定制內(nèi)容。結(jié)果可以按測試名稱(默認(rèn)值)、通路名稱或測試結(jié)果分組?？梢宰鳛檫x項包括第一個分析區(qū)域的圖像。報告不僅提供了測試合格/不合格摘要表，還包括每項測試的裕量細(xì)節(jié)，這些都包括在一個合并報告中，并可以導(dǎo)出。

圖5. TekExpress D-PHY自動軟件會引導(dǎo)用戶從設(shè)置到報告完成整個測試。

自動一致性測試的速度和可重復(fù)性都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于手動測試，特別是在測試MIPI D-PHY物理層時。TekExpress自動軟件與相應(yīng)的示波器和探頭相結(jié)合，如6系列MSO和TDP7700，可以幫助工程師加快測試速度，改善可重復(fù)性，簡化報告編制工作。了解MSO6詳情， https://www.tek.com.cn/oscilloscope/6-series-mso-mixed-signal-oscilloscope。