【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。如今，MIPI標(biāo)準不僅在智能手機中廣泛應(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。如今，MIPI標(biāo)準不僅在智能手機中廣泛應(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)準的應(yīng)用范圍不斷擴大，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，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
MIPI D-PHY是一種可擴展的物理層標(biāo)準，廣泛應(yīng)用于相機和顯示器接口。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，采用三相符號編碼，通過三條信號線實現(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（CTS）也已更新至2.1版本。測試內(nèi)容涵蓋發(fā)射機的電氣特性、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進行信號觀測。
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。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?，其差分的正向或者負向電平?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)射機通過RSE-TX進行端接驅(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，這點也類似與D-PHY及C-PHY，具備可切換的端接形式。如果M-RX進行了阻抗端接那么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)也是如此進行標(biāo)記。
M-PHY除了進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，因為每一個傳輸?shù)姆栔卸及诵盘柕奶?，也就是每個符號中都包含了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)機如下圖中的Type II M-TX的示例，實際上對于M-PHY的每個狀態(tài)機都包含了5個不同的省電（SAVE）狀態(tài)，如圖中藍色狀態(tài)所示；同時狀態(tài)機中也包含LINE-REST狀態(tài)來進行特殊的狀態(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
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。
A-PHY關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢
長距離傳輸：支持長達15米的連接。
高性能：支持高達16Gbps的數(shù)據(jù)速率。
功能安全：滿足汽車功能安全標(biāo)準（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，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
自動化測試軟件：支持多種MIPI標(biāo)準，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，解決工程師靈活的測試需求，讓工程師在進行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)射機和接收機測試。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，MIPI標(biāo)準將繼續(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的測試解決方案，為工程師提供了強大的工具，助力MIPI技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。
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