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隨著智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備的快速發(fā)展，MIPI總線技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可或缺的一部分。MIPI（Mobile Industry Processor Interface）協(xié)會(huì)自2003年成立以來(lái)，一直致力于開(kāi)發(fā)移動(dòng)及相關(guān)產(chǎn)品的接口標(biāo)準(zhǔn)。如今，MIPI標(biāo)準(zhǔn)不僅在智能手機(jī)中廣泛應(yīng)用，還在汽車、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。本文將介紹MIPI總線的核心技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景以及測(cè)試解決方案。

圖1 MIPI標(biāo)準(zhǔn)族在汽車中的應(yīng)用

MIPI總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景

在汽車領(lǐng)域，MIPI標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，涵蓋了攝像頭、音視頻傳輸、無(wú)線互聯(lián)、車載網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和傳感器等多個(gè)場(chǎng)景。隨著自動(dòng)駕駛和智能座艙技術(shù)的發(fā)展，MIPI標(biāo)準(zhǔn)的重要性愈發(fā)凸顯。例如，MIPI的C-PHY、D-PHY和M-PHY等物理層標(biāo)準(zhǔn)，為高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）和智能座艙中的高清視頻傳輸提供了技術(shù)支持。

圖2 MIPI多個(gè)物理層規(guī)范信號(hào)特征一覽

MIPI D-PHY：靈活的物理層標(biāo)準(zhǔn)

MIPI D-PHY是一種可擴(kuò)展的物理層標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于相機(jī)和顯示器接口。它支持差分（高速）和單端（低功耗）模式，能夠在傳輸大量數(shù)據(jù)或節(jié)省電力之間靈活切換。D-PHY接口支持單工或雙工配置，并可根據(jù)需要配置多個(gè)數(shù)據(jù)通道。

圖3 MIPI D-PHY信號(hào)示意圖

D-PHY信號(hào)包括高速模式（HS mode）和低功耗模式（LP mode）。在高速模式下，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)差分傳輸，信號(hào)擺幅約為200mV，支持高達(dá)4.5Gbps的數(shù)據(jù)速率。而在低功耗模式下，信號(hào)切換為單端模式，信號(hào)擺幅為1.2V，最大速率為10Mbps。

MIPI協(xié)會(huì)為D-PHY制定了一致性測(cè)試規(guī)范（CTS），以確保不同設(shè)備之間的互操作性。測(cè)試內(nèi)容包括數(shù)據(jù)通道和時(shí)鐘通道的信令測(cè)試、時(shí)序要求以及HS和LP模式之間的切換測(cè)試。

MIPI C-PHY：高帶寬的三相符號(hào)編碼

C-PHY是MIPI聯(lián)盟推出的另一種物理層標(biāo)準(zhǔn)，采用三相符號(hào)編碼，通過(guò)三條信號(hào)線實(shí)現(xiàn)更高的信道容量。與D-PHY的差分信號(hào)不同，C-PHY的每個(gè)符號(hào)可以傳輸約2.28比特的數(shù)據(jù)，顯著提高了帶寬利用率。

圖4 MIPI C-PHY高速信號(hào)實(shí)例

C-PHY的數(shù)據(jù)通道由A、B、C三根線組成，每個(gè)符號(hào)通過(guò)三線編碼實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸效率。C-PHY同樣支持HS和LP模式，并具備與D-PHY類似的模式切換特性。

C-PHY的一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（CTS）也已更新至2.1版本。測(cè)試內(nèi)容涵蓋發(fā)射機(jī)的電氣特性、時(shí)序要求以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

圖5 MIPI C-PHY 端到端數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

針對(duì)MIPI D-PHY多條差分總線的測(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)。

圖6 MIPI D-PHY信號(hào)連接方式選擇

圖7 D-PHY和C-PHY測(cè)試配置

MIPI M-PHY：面向高性能存儲(chǔ)的接口

隨著自動(dòng)駕駛和智能座艙對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求的增加，MIPI M-PHY作為一種高性能存儲(chǔ)接口，逐漸成為車載存儲(chǔ)的首選標(biāo)準(zhǔn)。M-PHY支持多種工作模式和速率，適用于通用閃存存儲(chǔ)（UFS）等應(yīng)用。

M-PHY定義了LANE作為單向傳輸通道，支持差分信號(hào)傳輸。它采用NRZ和PWM兩種信令模式，并支持多種速率的GEAR模式。M-PHY還具備靈活的省電模式和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸特性。

泰克公司提供的M-PHY測(cè)試解決方案能夠滿足最新的CTS標(biāo)準(zhǔn)要求，支持多種信號(hào)類型和速率的測(cè)試。其自動(dòng)化測(cè)試軟件和硬件設(shè)備能夠有效降低測(cè)試難度，提高測(cè)試效率。

圖8 MIPI M-PHY在車載存儲(chǔ)上的應(yīng)用

下圖給出了M-PHY架構(gòu)的示意圖。

圖9 M-PHY架構(gòu)的示意圖

如上所述，在LINE上傳輸?shù)氖遣罘中帕钚盘?hào)，其差分的正向或者負(fù)向電平標(biāo)記為DIF-P或者DIF-N；但在差分線上也存在有M-RX保持的差分零電壓狀態(tài)，記為DIF-Z；而LINE上的電壓處于浮動(dòng)狀態(tài)或沒(méi)有模組驅(qū)動(dòng)時(shí)記為DIF-Q。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，只有DIF-P以及DIF-N的狀態(tài)，DIF-Z只在上電以及省電狀態(tài)下存在。

圖10 M-PHY端接示意圖

如上圖所示，M-TX發(fā)射機(jī)通過(guò)RSE-TX進(jìn)行端接驅(qū)動(dòng)，但在SLEEP以及STALL狀態(tài)下也存在更高阻抗RSE-PO-TX。作為接收機(jī)則不需要一直保持端接，但在HS-MODE高速狀態(tài)下必須端接，這點(diǎn)也類似與D-PHY及C-PHY，具備可切換的端接形式。如果M-RX進(jìn)行了阻抗端接那么DIF-P狀態(tài)可以標(biāo)記為DIF-PRT，否則就是DIF-PNT，對(duì)于DIF-N狀態(tài)也是如此進(jìn)行標(biāo)記。

M-PHY除了進(jìn)行差分的信令傳輸以外，它的信令模式也包含了NRZ以及脈寬調(diào)制PWM兩種模式。對(duì)于PWM調(diào)制模式，其特性就是自帶時(shí)鐘屬性，因?yàn)槊恳粋€(gè)傳輸?shù)姆?hào)中都包含了信號(hào)的跳變，也就是每個(gè)符號(hào)中都包含了DIF-P以及DIF-N的狀態(tài)。如下圖所示：

圖11 M-PHY PWM信令模式示意

對(duì)于M-PHY來(lái)說(shuō)，與D-PHY以及C-PHY類似，以突發(fā)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包含了HS-MODE高速模式以及LS-MODE低速模式。而取決于LS-MODE采用什么樣的信令格式，M-PHY的模組又分為TYPE-I及TYPE-II模式，兩種模式互斥：

●   TYPE-I， LS-MODE采用PWM信令模式，需要共享的參考時(shí)鐘；

●   TYPE-II，LS-MODE采用NRZ信令模式，記為“SYS”模式，需要共享的參考時(shí)鐘。

M-PHY中的每個(gè)模組支持的多種以GEAR命名的速率，考慮到EMI的問(wèn)題，每個(gè)GEAR包含了兩個(gè)速率；GEAR的速率會(huì)相對(duì)與上一個(gè)GEAR翻倍，并向下兼容所有GEAR的速率。完全的工作模式和選項(xiàng)如下圖所示：

圖12 M-PHY MODULE功能選項(xiàng)列表

M-PHY信號(hào)由于存在Type-I以及Type-II兩種LS-MODE，所以在狀態(tài)機(jī)上有一定區(qū)別，但是在傳輸上都包含兩種模式：HS-MODE以及LS-MODE；其中包含了數(shù)據(jù)傳輸?shù)腂URST狀態(tài)以及不同模式的省電狀態(tài)。在HS-MODE中的省電狀態(tài)為STALL狀態(tài)，而在LS-MODE中為SLEEP狀態(tài)。因此每個(gè)模式總結(jié)起來(lái)包含如下所列的狀態(tài)：

●   HS-MODE:STALL, HS-BURST

●   LS-MODE (Type-I MODULE):SLEEP, PWM-BURST

●   LS-MODE(Type-II MODULE):SLEEP,SYS-BURST

簡(jiǎn)要的來(lái)說(shuō)，M-PHY的狀態(tài)機(jī)如下圖中的Type II M-TX的示例，實(shí)際上對(duì)于M-PHY的每個(gè)狀態(tài)機(jī)都包含了5個(gè)不同的省電（SAVE）狀態(tài)，如圖中藍(lán)色狀態(tài)所示；同時(shí)狀態(tài)機(jī)中也包含LINE-REST狀態(tài)來(lái)進(jìn)行特殊的狀態(tài)打斷；而在HS-MODE以及LS-MODE也如上所示，有自身的省電狀態(tài)以及數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸狀態(tài)。

圖13 M-PHY狀態(tài)機(jī)示例-Type-II M-TX

泰克自動(dòng)化測(cè)試軟件通過(guò)簡(jiǎn)單快捷的五步操作完成對(duì)軟件的設(shè)置，同時(shí)還提供了很大的靈活度方便不同的客戶需求，比如快捷的測(cè)量項(xiàng)目和測(cè)試速率選擇、自定義的信道甚至均衡濾波器的引入、各個(gè)測(cè)試項(xiàng)的測(cè)試設(shè)置、自定義眼圖模版導(dǎo)入等等，使得客戶在不同的應(yīng)用場(chǎng)景以及產(chǎn)品研發(fā)的不同階段可以進(jìn)行不同程度的測(cè)試和調(diào)試。

圖14 靈活的M-PHY測(cè)試軟件

同時(shí)整個(gè)測(cè)試方案還支持單端、差分等不同測(cè)試連接、并可采用泰克的Trimode三模探頭P76xx或者P77xx系列進(jìn)行靈活的連接：

圖15 M-PHY Tx靈活的連接方式部分示例

除了一致性軟件以外，泰克的M-PHY解決方案還包含了功能強(qiáng)大的調(diào)試工具SDLA軟件以及抖動(dòng)與眼圖分析軟件DPOJET，使得客戶可以在調(diào)試的時(shí)候直接采用自動(dòng)化測(cè)試軟件背后的這些工具進(jìn)行更為靈活的均衡、信道模擬、眼圖和抖動(dòng)分析與推算：

圖16 靈活的抖動(dòng)眼圖及鏈路模擬工具包

MIPI A-PHY：面向長(zhǎng)距離傳輸?shù)腟erDes標(biāo)準(zhǔn)

MIPI A-PHY是一種針對(duì)汽車應(yīng)用的長(zhǎng)距離串行器-解串器（SerDes）物理層接口，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)達(dá)15米的高速數(shù)據(jù)傳輸。A-PHY支持多種數(shù)據(jù)速率，并具備高性能、低功耗和高可靠性的特點(diǎn)。

A-PHY關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)

●   長(zhǎng)距離傳輸：支持長(zhǎng)達(dá)15米的連接。

●   高性能：支持高達(dá)16Gbps的數(shù)據(jù)速率。

●   功能安全：滿足汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)（ASIL）。

●   高抗干擾能力：具備優(yōu)異的電磁兼容性。

A-PHY可直接有效地承載MIPI CSI-2和DSI-2協(xié)議，短期內(nèi)，可通過(guò)橋接芯片實(shí)現(xiàn)A-PHY，D-PHY/C-PHY的共存組網(wǎng)，以降低生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，如下圖：

圖17 A-PHY可直接有效地承載MIPI CSI-2和DSI-2協(xié)議

未來(lái)，攝像機(jī)，SoC和顯示器等終端可本地支持集成的A-PHY并消除橋接芯片，如下圖，攝像頭像素流通過(guò)A-PHY利用CSI-2直接傳輸?shù)紼CU。ECU對(duì)疊加圖形進(jìn)行圖像信號(hào)處理，并將視頻流發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)顯示器。這時(shí)可以使用MIPI DSI-2或VESA DP/eDP通過(guò)A-PHY傳輸數(shù)據(jù)：

圖18 攝像頭像素流通過(guò)A-PHY利用CSI-2直接傳輸?shù)紼CU

A-PHY的出現(xiàn)是由于當(dāng)前汽車應(yīng)用的DPHY/CPHY不能解決應(yīng)用中的一些問(wèn)題。而且APHY的定義也是非常清楚，先替代橋接芯片，然后去掉橋接芯片。除汽車用途外，該規(guī)范還將非常適合物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)等應(yīng)用。

泰克公司的MIPI測(cè)試解決方案

泰克公司作為全球領(lǐng)先的測(cè)試測(cè)量設(shè)備供應(yīng)商，提供了一系列針對(duì)MIPI總線的測(cè)試解決方案。其產(chǎn)品包括高性能示波器、自動(dòng)化測(cè)試軟件和探頭，能夠滿足從研發(fā)到生產(chǎn)的全場(chǎng)景測(cè)試需求。

泰克MIPI測(cè)試解決方案特點(diǎn)

●   自動(dòng)化測(cè)試軟件：支持多種MIPI標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化測(cè)試流程。

●   高性能示波器：提供高帶寬和高精度測(cè)量。

●   靈活的探頭選擇：適用于多種信號(hào)類型和測(cè)試環(huán)境。

例如，對(duì)于M-PHY的整體測(cè)試方案，由泰克MSO/DPO70000 DX/SX示波器、探頭以及整個(gè)測(cè)試套件構(gòu)成，大致的測(cè)試方案構(gòu)成如下所示：

圖19 泰克M-PHY40/50自動(dòng)化測(cè)試方案大致構(gòu)成

總的來(lái)說(shuō)，泰克的M-PHY自動(dòng)化測(cè)試方案覆蓋了最新的M-PHY50測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，解決工程師靈活的測(cè)試需求，讓工程師在進(jìn)行M-PHY測(cè)試過(guò)程中降低學(xué)習(xí)、使用成本，并具備優(yōu)異的調(diào)試能力，使得產(chǎn)品在最短的時(shí)間內(nèi)得到完善的設(shè)計(jì)、測(cè)試和投放。

泰克公司為A-PHY提供全面的測(cè)試解決方案，涵蓋發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測(cè)試。其測(cè)試軟件支持多種速率和信令模式，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

圖20 A-PHY測(cè)試解決方案

結(jié)語(yǔ)

MIPI總線技術(shù)在智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用不斷拓展。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，MIPI標(biāo)準(zhǔn)將繼續(xù)為高性能、低功耗的數(shù)據(jù)傳輸提供支持。泰克公司憑借其先進(jìn)的測(cè)試解決方案，為工程師提供了強(qiáng)大的工具，助力MIPI技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。