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MIPI全称移动工业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface)它是一个非营利组织,专注于软硬件标准的开发,以满足移动终端的特殊需求。MIPI目的是简化软硬件的设计和应用,提高移动设备的可重用性和兼容性,促进处理器与外设界面的一致性。MIPI 规范移动设备中的标准硬件和软件接口,提高不同厂家生产的组件之间的相互操作能力,减少集成工作,加快移动终端的产品开发周期。
MIPI技术发展趋势
MIPI致力于打造移动产品与汽车电子产品之间的信号互联,在移动产品中深耕多年,特别是在视频流数据传输方面, 应用广泛。MIPI联盟标准中有四种物理标准,即D-PHY、C-PHY、M-PHY和A-PHY。
D-PHY是MIPI第一个开发标准,D-PHY主要用于显示接口DSI与摄像头接口CSI视频流数据传输。D-PHY它是当今智能手机中应用最广泛的视频流接口,也是最著名的MIPI标准。M-PHY是家庭的第二个成员,M-PHY主要用于数据传输,最常用的应用场景是UFS。C-PHY是D-PHY其应用场景及改良版D-PHY完全相同,C-PHY编码更精致,数据传输效率更高。A-PHY是MIPI 联盟最近宣布使用最新版本的汽车串行器-解串器 (SerDes) 物理层接口是为车载应用定制的高速标准。在这之前MIPI有一套完整的通信协议Camera和Display 广泛应用于该领域D-PHY、C-PHY、M-PHY大数据量的物理传输,但这些物理层协议不能长距离传输,A-PHY该设计旨在提供数据传输物理支持,以跨越整个车辆距离。最大传输距离可达15米,未来最大传输速度可达48米以上Gbps远远超过LVDS的1.5Gbps。A-PHY帮助汽车行业加速高级驾驶员辅助系统(ADAS)、自动驾驶系统和汽车环视系统的性能。
MIPI D-PHY基础
D-PHY总线包含显示和摄像头DSI与CSI总线。D-PHY 与许多现有的移动接口不同,它们可以处于差异模式( 高速) 和单端模式( 低功率) 实时切换取决于需要传输大量数据或节省功率。D-PHY 接口可以单工或双工配置,支持一个或多个数据通路,可以灵活提供所需的链路。D-PHY数据传输采用1对源同步差分时钟和1~4对差分数据线。采用数据传输DDR方法是在时钟的上下边缘传输数据。
D-PHY Tx 详细说明物理信号实测视频。
物理标准:Camera CSI接口和显示屏DSI接口规范。
两种传输方式:高速(HS)和 低功耗(LP),HS低压差分信号用于模式,功耗大,但数据速率高,可支持100mV至300mV电压范围;LP单端信号用于模式,数据速率低,功耗低,支持0V至1.2V信号电平。保证了两种模式的结合MIPI当需要传输大量数据时,总线可以高速传输,也可以在低速模式下降低功耗,无需大数据传输。
在实际应用中,传输模式混合交替:信号不断在LP和HS之间切换;
最高数据率:High Speed 模式,80Mbps to 4.5Gbps;Low Power 模式,Up to 10Mbps。
总线端接:50欧姆,高速HS模式;Hi-Z高阻,低速LP模式。
MIPI D-PHY时序
1. 工作时,LP和HS交替出现模式;LP和HS端接电阻不同,电平不同,data rate不同;
2. LP主要作用是节能,空闲时间D-PHY会稳定处于LP11.恒压下功耗极低;HS其主要功能是数据传输,使用低压差异传输信号Double Data Rate的方式(Data: Clock=2:1);
3. LP状态下Data 和Data-可以是相同的逻辑状态,比如从LP到HS,会经历LP11 -> LP01 -> LP00 这三种状态,LP11时Data 和Data-均处于高电平,LP00时处于低电平。
4. Clock有两种不同的配置: Continuous和Normal,前者设计更简单,后者更节能。
什么是 C-PHY?
C-PHY发送端有High、Mid、Low接收端计算三个信号电压高度AB、BC、CA解码时钟间的差值,恢复时钟,C-PHY状态转移有五种可能性。与D-PHY编码不同于0和1的电平,C-PHY用状态跳转表示编码,每个符号可编码的数据是log25= 2.3219bit/sym,理论上,带宽是D-PHY编码效率大大提高了2.3219倍。
MIPI D-PHY和C-PHY时序比较
D-PHY有同步时钟通道的源同步系统,C-PHY没有同步时钟,时钟嵌入数据。D-PHY和C-PHY从线路上看,物理层结构不同,C-PHY是A、B、C因为MIPI C-PHY需要不传输时钟CDR先恢复时钟,再用恢复时钟采样数据,寻找同步头。
MIPI D-PHY测试挑战
MIPI D-PHY总线工作于LP与HS两种工作状态:LP(Low Power)最高工作速率不超过10Mbps,信号摆幅1.2V,端接阻抗为高阻;HS(High Speed)工作速率从80开始Mbps到4.5Gbps,信号摆幅200mV,50欧姆的端接阻抗。由于信号摆幅的差异,D-PHY信号测试需要较高的动态范围和较低的噪声容量,信号质量在实际测试中可能不理想,见下图。
MIPI信号测试难点
1.CTS 测量项: 64 for D-PHY, 41 for C-PHY
2.HS和LP两种完全不同的工作模式下的信号完整性和相应的时间序
3.探头焊接用于测量
4.测量精度:使用可靠的计算Inphi代理筛选出特定的波形,准确测量
5.被测波形有时很差
6.自动检测跳变沿,测量项目
7.最小化探头的负载效应
8.板密度越来越高,试验点难以焊接
9.适应自动测试设置HS和LP模式
MIPI D-PHY解码
在实际调试项目中,工程师通常需要找出设备异常工作的原因,而不仅仅是D-PHY还需要测试物理信号的一致性D-PHY以下是信号串行触发和解码功能D-PHY协议事件列表的解码、同步、错误报警和导出功能D-PHY开发和调试信号提供了极大的便利。
D-PHY实测眼图
D-PHY Tx物理层测试参考配置
小结
MIPID-PHY Tx物理层信号一致性测试需要使用三个或四个探头来检测数据和时钟信号,然后使用实时示波器和 D-PHY Tx完成全自动化测试的物理层一致性测试软件,提高了测试效率, 帮助工程师快速验证产品,加快产品市场化进程。
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