【導(dǎo)讀】隨著智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動設(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)會自2003年成立以來，一直致力于開發(fā)移動及相關(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)用場景以及測試解決方案。
隨著智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動設(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)會自2003年成立以來，一直致力于開發(fā)移動及相關(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)用場景以及測試解決方案。
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、無線互聯(lián)、車載網(wǎng)絡(luò)、存儲和傳感器等多個場景。隨著自動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多個物理層規(guī)范信號特征一覽
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)需要配置多個數(shù)據(jù)通道。
圖3. MIPI D-PHY信號示意圖
D-PHY信號包括高速模式（HS mode）和低功耗模式（LP mode）。在高速模式下，數(shù)據(jù)信號通過差分傳輸，信號擺幅約為200mV，支持高達(dá)4.5Gbps的數(shù)據(jù)速率。而在低功耗模式下，信號切換為單端模式，信號擺幅為1.2V，最大速率為10Mbps。
MIPI協(xié)會為D-PHY制定了一致性測試規(guī)范（CTS），以確保不同設(shè)備之間的互操作性。測試內(nèi)容包括數(shù)據(jù)通道和時鐘通道的信令測試、時序要求以及HS和LP模式之間的切換測試。
MIPI C-PHY：高帶寬的三相符號編碼
C-PHY是MIPI聯(lián)盟推出的另一種物理層標(biāo)準(zhǔn)，采用三相符號編碼，通過三條信號線實(shí)現(xiàn)更高的信道容量。與D-PHY的差分信號不同，C-PHY的每個符號可以傳輸約2.28比特的數(shù)據(jù)，顯著提高了帶寬利用率。
圖4. MIPI C-PHY高速信號實(shí)例
C-PHY的數(shù)據(jù)通道由A、B、C三根線組成，每個符號通過三線編碼實(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的一致性測試標(biāo)準(zhǔn)（CTS）也已更新至2.1版本。測試內(nèi)容涵蓋發(fā)射機(jī)的電氣特性、時序要求以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>
圖5. MIPI C-PHY 端到端數(shù)據(jù)傳輸過程
針對MIPI D-PHY多條差分總線的測試，需要利用三根或四根探頭完成對數(shù)據(jù)和時鐘信號的探測，如果時鐘是連續(xù)時鐘，至少需要三根探頭完成探測，如果時鐘是Normal非連續(xù)時鐘，需要四根探頭完成測試；然后利用 D-PHY Tx物理層一致性測試軟件完成全自動化測試。
大多數(shù)情況采用左下圖的連接方式。待測物是一個完整的系統(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，連接待測物并測量信號質(zhì)量；如果被測的芯片，可能采用右下圖的連接方式，芯片通過評估板來測量信號質(zhì)量，只有一個D-PHY controller 芯片和一些外圍電路，通過評估板上的SMA接頭將信號引出。需要在評估板外接一塊終端板(Termination Board)來提供D-PHY的動態(tài)端接，探頭連接在端接板上的測試點(diǎn)進(jìn)行信號觀測。
圖6. MIPI D-PHY信號連接方式選擇
圖7. D-PHY和C-PHY測試配置
MIPI M-PHY：面向高性能存儲的接口
隨著自動駕駛和智能座艙對數(shù)據(jù)存儲需求的增加，MIPI M-PHY作為一種高性能存儲接口，逐漸成為車載存儲的首選標(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（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，支持多種信號類型和速率的測試。其自動化測試軟件和硬件設(shè)備能夠有效降低測試難度，提高測試效率。
圖8. MIPI M-PHY在車載存儲上的應(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)氖遣罘中帕钚盘枺洳罘值恼蚧蛘哓?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上的電壓處于浮動狀態(tài)或沒有模組驅(qū)動時記為DIF-Q。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，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RSE-TX進(jìn)行端接驅(qū)動，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。對于PWM調(diào)制模式，其特性就是自帶時鐘屬性，因?yàn)槊恳粋€傳輸?shù)姆栔卸及诵盘柕奶儯簿褪敲總€符號中都包含了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
對于M-PHY來說，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，需要共享的參考時鐘。
M-PHY中的每個模組支持的多種以GEAR命名的速率，考慮到EMI的問題，每個GEAR包含了兩個速率；GEAR的速率會相對與上一個GEAR翻倍，并向下兼容所有GEAR的速率。完全的工作模式和選項如下圖所示：
圖12. M-PHY MODULE功能選項列表
M-PHY信號由于存在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)。因此每個模式總結(jié)起來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
簡要的來說，M-PHY的狀態(tài)機(jī)如下圖中的Type II M-TX的示例，實(shí)際上對于M-PHY的每個狀態(tài)機(jī)都包含了5個不同的省電（SAVE）狀態(tài)，如圖中藍(lán)色狀態(tài)所示；同時狀態(tài)機(jī)中也包含LINE-REST狀態(tài)來進(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
泰克自動化測試軟件通過簡單快捷的五步操作完成對軟件的設(shè)置，同時還提供了很大的靈活度方便不同的客戶需求，比如快捷的測量項目和測試速率選擇、自定義的信道甚至均衡濾波器的引入、各個測試項的測試設(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)行不同程度的測試和調(diào)試。
圖14. 靈活的M-PHY測試軟件
同時整個測試方案還支持單端、差分等不同測試連接、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軟件以及抖動與眼圖分析軟件DPOJET，使得客戶可以在調(diào)試的時候直接采用自動化測試軟件背后的這些工具進(jìn)行更為靈活的均衡、信道模擬、眼圖和抖動分析與推算：
圖16. 靈活的抖動眼圖及鏈路模擬工具包
MIPI A-PHY：面向長距離傳輸?shù)腟erDes標(biāo)準(zhǔn)
MIPI A-PHY是一種針對汽車應(yīng)用的長距離串行器-解串器（SerDes）物理層接口，能夠?qū)崿F(xiàn)長達(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
長距離傳輸：支持長達(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，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A-PHY利用CSI-2直接傳輸?shù)紼CU。ECU對疊加圖形進(jìn)行圖像信號處理，并將視頻流發(fā)送到一個或多個顯示器。這時可以使用MIPI DSI-2或VESA DP/eDP通過A-PHY傳輸數(shù)據(jù)：
圖18. 攝像頭像素流通過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測試解決方案
泰克公司作為全球領(lǐng)先的測試測量設(shè)備供應(yīng)商，提供了一系列針對MIPI總線的測試解決方案。其產(chǎn)品包括高性能示波器、自動化測試軟件和探頭，能夠滿足從研發(fā)到生產(chǎn)的全場景測試需求。
泰克MIPI測試解決方案特點(diǎn)
自動化測試軟件：支持多種MIPI標(biāo)準(zhǔn)，簡化測試流程。
高性能示波器：提供高帶寬和高精度測量。
靈活的探頭選擇：適用于多種信號類型和測試環(huán)境。
例如，對于M-PHY的整體測試方案，由泰克MSO/DPO70000 DX/SX示波器、探頭以及整個測試套件構(gòu)成，大致的測試方案構(gòu)成如下所示：
圖19. 泰克M-PHY40/50自動化測試方案大致構(gòu)成
總的來說，泰克的M-PHY自動化測試方案覆蓋了最新的M-PHY50測試標(biāo)準(zhǔn)，解決工程師靈活的測試需求，讓工程師在進(jìn)行M-PHY測試過程中降低學(xué)習(xí)、使用成本，并具備優(yōu)異的調(diào)試能力，使得產(chǎn)品在最短的時間內(nèi)得到完善的設(shè)計、測試和投放。
泰克公司為A-PHY提供全面的測試解決方案，涵蓋發(fā)射機(jī)和接收機(jī)測試。其測試軟件支持多種速率和信令模式，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。
圖20. A-PHY測試解決方案
結(jié)語
MIPI總線技術(shù)在智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動設(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)的開發(fā)和應(yīng)用。
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