【聚焦MIPI】系列之四：一文盤點D-PHY/C-PHY/M-PHY之架構(gòu)與測試解決方案

移動行業(yè)處理器接口（MIPI）作為智能手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)備設(shè)計的核心，其標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議對提升設(shè)備性能至關(guān)重要。MIPI聯(lián)盟定義了多種內(nèi)部接口標(biāo)準(zhǔn)，包括攝像頭接口CSI、顯示接口DSI等，它們在5G設(shè)備、車聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)中扮演著關(guān)鍵角色。本文將深入探討MIPI D-PHY、C-PHY和M-PHY的架構(gòu)特點，并盤點相應(yīng)的測試解決方案。

# 01

MIPI D-PHY架構(gòu)與測試方案

• D-PHY架構(gòu)特點

MIPI D-PHY采用1對源同步差分時鐘和1~4對差分?jǐn)?shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸采用 DDR 方式，即在時鐘的上下邊沿都有數(shù)據(jù)傳輸。

圖：D-PHY 結(jié)構(gòu)框圖

通道支持高速（HS）和低功耗（LP）兩種工作模式。HS模式以低壓差分信號傳輸高數(shù)據(jù)速率，而LP模式則以單端信號實現(xiàn)低功耗。HS 模式下采用低壓差分信號，功耗較大，但是可以傳輸很高的數(shù)據(jù)速率（數(shù)據(jù)速率為 80M～4.5Gbps），支持 100mV 到 300mV 的電壓范圍；LP 模式下采用單端信號，數(shù)據(jù)速率很低（<10Mbps），但是相應(yīng)的功耗也很低，支持0V到1.2V信號電平。兩種模式的結(jié)合保證了 MIPI總線在需要傳輸大量數(shù)據(jù)（如圖像）時可以高速傳輸，而在不需要大數(shù)據(jù)量傳輸時又能夠減少功耗。下圖是 HS 和 LP 模式下的信號電平示意圖。

圖 ：MIPI D-PHY 時序

• D-PHY測試解決方案

MIPI D-PHY 的信號復(fù)雜，要保證接口信號和協(xié)議的一致性需要很復(fù)雜的測試。為了提高測試的效率，是德科技針對 MIPI D-PHY 提供全套的自動化解決方案，根據(jù) MIPI D-PHY 各版本的速率及規(guī)格參數(shù)需要選擇合適帶寬的示波器，按照MIPI協(xié)會的要求，針對不同速率的MIPI版本示波器帶寬如下。

測試中推薦采用 4 支探頭分別連接 clk+/clk- 和 data+/data- 信號進(jìn)行測試，對于有多條數(shù)據(jù)通道的情況，可以每條通道分別測試。MIPI 模組或芯片的測試可以根據(jù)MIPI 協(xié)會推薦的方法設(shè)計評估板 TVB（Test Vehicle Board）把信號輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 SMA 接口輸出， 并結(jié)合協(xié)會提供的 RTB（Reference Termination Board）進(jìn)行信號測試。RTB 板提供標(biāo)準(zhǔn)的匹配切換以及不同的線路容性的選擇。

# 02

MIPI C-PHY架構(gòu)與測試方案

• C-PHY架構(gòu)特點

C-PHY不同于傳統(tǒng)差分信號線，它采用三根信號線之間的差分作為信號判斷，實現(xiàn)更高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，不傳輸單獨的時鐘信號，而是通過CDR恢復(fù)時鐘。三根線在同一時刻的狀態(tài)一定不同，因此其有六個不同的狀態(tài)。協(xié)議中使用 +x，- x, +y，-y, +z，-z 代表。顯然的，實現(xiàn)嵌入時鐘的目的是為了增加帶寬，肯定會涉及到編碼，物理層的結(jié)構(gòu)必然是完全不同，單從線路上看，C-PHY 是一個 A/B/C 三線系統(tǒng)。

圖 ：MIPI C-PHY 結(jié)構(gòu)框圖

MIPI C-PHY 不傳輸單獨的時鐘，必須 CDR 先恢復(fù)時鐘，然后再用恢復(fù)的時鐘采樣數(shù)據(jù)并尋找同步頭，最后還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼恢復(fù)出最初的發(fā)送的內(nèi)容（發(fā)送端的過程相反）。

C-PHY 物理鏈路（A/B/C 線）上傳輸?shù)氖遣煌碾娖?，通過 A-B，B-C， C-A 的電平運算，恢復(fù)出 +x，-x，+y，-y，+z，-z 六種不同的線態(tài)，通過前后線態(tài)的旋轉(zhuǎn)方向，相位和極性恢復(fù)出編碼符號，再通過 連續(xù) 7 組符號解碼出 16bit 的數(shù)據(jù)。

• C-PHY測試解決方案

針對C-PHY的測試，推薦使用高性能示波器和探頭系統(tǒng)，結(jié)合高級信號完整性分析軟件和C-PHY一致性分析軟件，實現(xiàn)快速而輕松的驗證和調(diào)試。借助用于 Infiniium 示波器的 MIPI C-PHY 一致性測試軟件，可以快速而輕松地驗證和調(diào)試 C-PHY 數(shù)據(jù)鏈路。

# 03

MIPI M-PHY架構(gòu)與測試方案

• M-PHY架構(gòu)特點
  

MIPI M-PHY 專為需要快速通信通道以實現(xiàn)高分辨率圖像，高視頻幀速率和大型顯示器或存儲器的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用而設(shè)計。它是一種多功能 PHY，為工程師提供配置選擇和跨行業(yè)平臺開發(fā)的能力， 以有效地解決多個市場。它可以互連智能手機(jī)，可穿戴設(shè)備，個人電腦甚至大型系統(tǒng)（如汽車）中的組件。

它提供兩種傳輸模式，具有不同的比特信號和時鐘方案，旨在用于不同的帶寬范圍，以在更廣泛的數(shù)據(jù)速率范圍內(nèi)實現(xiàn)更好的功效。可達(dá)到的峰值傳輸速率在一個通道上為 11.6 Gbps，在四個通道上為 46.4 Gbps。每個通道的高帶寬可以減少所需的通道數(shù)量。此功能對于可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)以及需要在機(jī)械鉸鏈內(nèi)安裝互連的筆記本電腦尤其實用。

圖 ：M-PHY 的通道結(jié)構(gòu)

• M-PHY測試解決方案

M-PHY的測試配置包括高性能示波器、探頭系統(tǒng)、高級抖動噪聲分析軟件和M-PHY一致性分析軟件，支持CSI-3, DigRF, LLI, USB 3.0,SSIC, UFS, 和UniPro協(xié)議解碼。

結(jié)語

MIPI D-PHY、C-PHY和M-PHY作為移動設(shè)備內(nèi)部通信的關(guān)鍵技術(shù)，其架構(gòu)特點和測試解決方案對確保設(shè)備性能至關(guān)重要。是德科技提供的測試工具和軟件，能夠幫助工程師高效、準(zhǔn)確地完成MIPI接口的測試和驗證，加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。通過深入理解這些接口的架構(gòu)和測試方法，移動設(shè)備制造商能夠設(shè)計出性能更優(yōu)、可靠性更高的產(chǎn)品，滿足市場和消費者的需求。