泰享實(shí)測(cè)002：“米皮”香不香？水哥為你深度解讀MIPI測(cè)試

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MIPI全稱(chēng)移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口(Mobile Industry Processor Interface)屬于非盈利性組織，關(guān)注于開(kāi)發(fā)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)以滿(mǎn)足移動(dòng)終端的特殊需求。MIPI的目標(biāo)是通過(guò)推動(dòng)處理器與外設(shè)接口的一致性達(dá)到簡(jiǎn)化軟硬件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的目的，提高移動(dòng)設(shè)備的可重用性與可兼容性。MIPI 為移動(dòng)設(shè)備內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口提供了規(guī)范，改善了不同廠商生產(chǎn)的元器件之間的互操作能力，減少了集成工作，加快了移動(dòng)終端的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

MIPI技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

MIPI致力于打造移動(dòng)產(chǎn)品和汽車(chē)電子中的信號(hào)互聯(lián)，在移動(dòng)產(chǎn)品中深耕多年，尤其是視頻流數(shù)據(jù)傳輸方面, 應(yīng)用非常廣泛。MIPI聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)中有四種物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是D-PHY、C-PHY、M-PHY和A-PHY。

D-PHY是MIPI開(kāi)發(fā)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，D-PHY主要用于顯示接口DSI和攝像頭接口CSI的視頻流數(shù)據(jù)傳輸。D-PHY是當(dāng)今智能手機(jī)中應(yīng)用最廣泛的視頻流接口，也是最廣為人知的MIPI標(biāo)準(zhǔn)。M-PHY是家族的第二個(gè)成員，M-PHY主要用于數(shù)據(jù)傳輸，目前最常用的應(yīng)用場(chǎng)景是UFS。C-PHY是D-PHY的改良版，其應(yīng)用場(chǎng)景和D-PHY完全相同，C-PHY在編碼方面更加精巧，數(shù)據(jù)傳輸效率更高。A-PHY是MIPI 聯(lián)盟最近宣布采用最新版本的汽車(chē)串行器-解串器 (SerDes) 物理層接口，是為車(chē)載應(yīng)用定制的高速標(biāo)準(zhǔn)。在這之前MIPI已經(jīng)有了整套的通信協(xié)議在Camera和Display 領(lǐng)域中大量使用D-PHY、C-PHY、M-PHY進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的物理傳輸，但是這個(gè)幾個(gè)物理層協(xié)議都無(wú)法進(jìn)行較長(zhǎng)距離的傳輸，A-PHY的設(shè)計(jì)是為了能跨過(guò)整個(gè)車(chē)輛距離提供數(shù)據(jù)傳輸物理層支持。其最大傳輸距離能夠達(dá)到15米，而最大傳輸速度未來(lái)能達(dá)到甚至超過(guò)48Gbps遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)LVDS的1.5Gbps。A-PHY將幫助汽車(chē)行業(yè)加速高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和汽車(chē)環(huán)視系統(tǒng)的性能。

MIPI D-PHY基礎(chǔ)

D-PHY總線(xiàn)包含了顯示與攝像頭的DSI與CSI總線(xiàn)。D-PHY 不同于許多現(xiàn)有的移動(dòng)接口，可以在差分模式( 高速) 和單端模式( 低功率) 之間實(shí)時(shí)切換，具體視需要傳送大量的數(shù)據(jù)，還是需要節(jié)約功率。D-PHY 接口能夠以單工或雙工配置操作，支持一條數(shù)據(jù)通路或多條數(shù)據(jù)通路，可以靈活地提供所需鏈路。D-PHY采用1對(duì)源同步的差分時(shí)鐘和1～4對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)線(xiàn)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸采用DDR方式，即在時(shí)鐘的上下邊沿都有數(shù)據(jù)傳輸。

D-PHY Tx 物理層信號(hào)實(shí)測(cè)視頻詳解。

物理層標(biāo)準(zhǔn)：Camera CSI接口和顯示屏DSI接口的規(guī)范。

兩種傳輸模式：高速(HS)和 低功耗(LP)，HS模式下采用低壓差分信號(hào)，功耗較大，但可以傳輸很高的數(shù)據(jù)速率，可支持100mV至300mV的電壓范圍；LP模式下采用單端信號(hào)，數(shù)據(jù)速率很低，功耗低，支持0V至1.2V信號(hào)電平。兩種模式的結(jié)合保證了MIPI總線(xiàn)既可在需要傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)高速傳輸，也可在不需要大數(shù)據(jù)量傳輸時(shí)處于低速模式能夠減少功耗。

傳輸模式在實(shí)際應(yīng)用中混合交替：信號(hào)不斷在LP和HS之間切換；

最高數(shù)據(jù)率：High Speed 模式，80Mbps to 4.5Gbps；Low Power  模式，Up to 10Mbps。

總線(xiàn)端接：50歐姆，高速HS模式；Hi-Z高阻，低速LP模式。

MIPI D-PHY時(shí)序

1. 工作時(shí)，LP和HS模式交替出現(xiàn)；LP和HS電平不同，端接電阻不同，data rate不同；

2. LP主要作用是節(jié)能，空閑時(shí)D-PHY會(huì)穩(wěn)定處于LP11，恒壓狀態(tài)下功耗極低；HS的主要作用是數(shù)據(jù)傳輸，使用差分低電壓的方式傳輸信號(hào)，使用Double Data Rate的方式(Data: Clock=2:1)；

3. LP狀態(tài)下Data+和Data-可以是相同的邏輯狀態(tài)，比如從LP到HS，會(huì)經(jīng)歷LP11 -> LP01 -> LP00 這三種狀態(tài)，LP11時(shí)Data+和Data-都處于高電平，LP00時(shí)都處于低電平。

4. Clock有兩種不同的配置: Continuous和Normal，前者設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，后者更節(jié)能。

什么是 C-PHY？

C-PHY發(fā)送端有High、Mid、Low三種信號(hào)電壓高度，接收端計(jì)算AB、BC、CA間的差值做解碼，同時(shí)恢復(fù)時(shí)鐘，C-PHY有5種狀態(tài)轉(zhuǎn)移的可能。與D-PHY以0、1的電平表示編碼不同，C-PHY用狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)表示編碼，每個(gè)符號(hào)可編碼的數(shù)據(jù)為log25= 2.3219bit/sym，理論上的帶寬是D-PHY的2.3219倍，編碼效率大大提升。

MIPI D-PHY和C-PHY時(shí)序比較

D-PHY是源同步系統(tǒng)，有同步時(shí)鐘通道，C-PHY沒(méi)有同步時(shí)鐘，時(shí)鐘是嵌入數(shù)據(jù)當(dāng)中。D-PHY和C-PHY的物理層結(jié)構(gòu)是不同的，從線(xiàn)路上看，C-PHY是A、B、C三線(xiàn)系統(tǒng)。由于MIPI C-PHY不傳輸時(shí)鐘，需要CDR先恢復(fù)時(shí)鐘，然后再用恢復(fù)的時(shí)鐘去采樣數(shù)據(jù)并尋找同步頭。

MIPI D-PHY測(cè)試挑戰(zhàn)

MIPI D-PHY總線(xiàn)工作于LP與HS兩種工作狀態(tài)：LP（Low Power）狀態(tài)，工作速率最高不超過(guò)10Mbps，信號(hào)擺幅1.2V，端接阻抗為高阻；HS（High Speed）狀態(tài)，工作速率從80Mbps到4.5Gbps，信號(hào)擺幅200mV，端接阻抗為50歐姆。由于信號(hào)擺幅的差異，使得D-PHY信號(hào)測(cè)試所需的動(dòng)態(tài)范圍較高，并且其對(duì)噪聲的容限較低，在實(shí)際的測(cè)試中信號(hào)質(zhì)量可能不會(huì)太理想，見(jiàn)下圖。

MIPI信號(hào)測(cè)試難點(diǎn)

1.CTS 測(cè)量項(xiàng)繁多: 64 for D-PHY,  41 for C-PHY

2.HS和LP兩種完全不同的工作模式下的信號(hào)完整性和相應(yīng)時(shí)序

3.使用探頭焊接的方式測(cè)量

4.測(cè)量精度：使用可靠的算法篩選出特定波形并進(jìn)行精確測(cè)量

5.被測(cè)波形有時(shí)候很差

6.自動(dòng)檢測(cè)跳變沿，測(cè)量項(xiàng)目

7.最小化探頭的負(fù)載效應(yīng)

8.板子密度越來(lái)越高，測(cè)試點(diǎn)很難焊接

9.自動(dòng)測(cè)試設(shè)置，適應(yīng)HS和LP模式

MIPI D-PHY解碼

在實(shí)際調(diào)試工程中，工程師通常需要找到設(shè)備不正常工作的原因，不僅需要D-PHY物理層信號(hào)的一致性測(cè)試，還需要對(duì)D-PHY信號(hào)的串行觸發(fā)與解碼功能，下面是D-PHY信號(hào)的解碼、同步與錯(cuò)誤告警以及協(xié)議事件列表導(dǎo)出功能，為D-PHY信號(hào)的開(kāi)發(fā)與調(diào)試提供了極大的便利。

D-PHY Tx信號(hào)測(cè)試和連接圖

針對(duì)MIPI D-PHY多條差分總線(xiàn)的測(cè)試，需要利用三根或四根探頭完成對(duì)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的探測(cè)，如果時(shí)鐘是連續(xù)時(shí)鐘，至少需要三根探頭完成探測(cè)，如果時(shí)鐘是Normal非連續(xù)時(shí)鐘，需要四根探頭完成測(cè)試；然后利用 D-PHY Tx物理層一致性測(cè)試軟件完成全自動(dòng)化測(cè)試。

大多數(shù)情況采用左下圖的連接方式。待測(cè)物是一個(gè)完整的系統(tǒng)，里面包含D-PHY的Controller和Device，探頭在不破壞系統(tǒng)工作狀態(tài)的情況下，連接待測(cè)物并測(cè)量信號(hào)質(zhì)量；如果被測(cè)的芯片，可能采用右下圖的連接方式，芯片通過(guò)評(píng)估板來(lái)測(cè)量信號(hào)質(zhì)量，只有一個(gè)D-PHY controller 芯片和一些外圍電路，通過(guò)評(píng)估板上的SMA接頭將信號(hào)引出。需要在評(píng)估板外接一塊終端板(Termination Board)來(lái)提供D-PHY的動(dòng)態(tài)端接，探頭連接在端接板上的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)觀測(cè)。

D-PHY實(shí)測(cè)眼圖

C-PHY實(shí)測(cè)眼圖

D-PHY Tx物理層測(cè)試參考配置

小結(jié)

MIPI D-PHY Tx物理層信號(hào)一致性測(cè)試需要利用三根或四根探頭完成對(duì)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的探測(cè)，然后利用實(shí)時(shí)示波器和 D-PHY Tx物理層一致性測(cè)試軟件完成全自動(dòng)化測(cè)試，提高了測(cè)試效率， 從而幫助工程師快速驗(yàn)證產(chǎn)品，加速產(chǎn)品市場(chǎng)化的過(guò)程。