【導讀】隨著(zhù)智能汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設備的快速發(fā)展，MIPI總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成為現代電子系統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)品的接口標準。如今，MIPI標準不僅在智能手機中廣泛應用，還在汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。本文將介紹MIPI總線(xiàn)的核心技術(shù)、應用場(chǎng)景以及測試解決方案。
隨著(zhù)智能汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設備的快速發(fā)展，MIPI總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成為現代電子系統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)品的接口標準。如今，MIPI標準不僅在智能手機中廣泛應用，還在汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。本文將介紹MIPI總線(xiàn)的核心技術(shù)、應用場(chǎng)景以及測試解決方案。
圖1. MIPI標準族在汽車(chē)中的應用
MIPI總線(xiàn)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用場(chǎng)景
在汽車(chē)領(lǐng)域，MIPI標準的應用范圍不斷擴大，涵蓋了攝像頭、音視頻傳輸、無(wú)線(xiàn)互聯(lián)、車(chē)載網(wǎng)絡(luò )、存儲和傳感器等多個(gè)場(chǎng)景。隨著(zhù)自動(dòng)駕駛和智能座艙技術(shù)的發(fā)展，MIPI標準的重要性愈發(fā)凸顯。例如，MIPI的C-PHY、D-PHY和M-PHY等物理層標準，為高級輔助駕駛系統（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)物理層規范信號特征一覽
MIPI D-PHY：靈活的物理層標準
MIPI D-PHY是一種可擴展的物理層標準，廣泛應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，能夠在傳輸大量數據或節省電力之間靈活切換。D-PHY接口支持單工或雙工配置，并可根據需要配置多個(gè)數據通道。
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，數據信號通過(guò)差分傳輸，信號擺幅約為200mV，支持高達4.5Gbps的數據速率。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(huì )為D-PHY制定了一致性測試規范（CTS），以確保不同設備之間的互操作性。測試內容包括數據通道和時(shí)鐘通道的信令測試、時(shí)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準，采用三相符號編碼，通過(guò)三條信號線(xiàn)實(shí)現更高的信道容量。與D-PHY的差分信號不同，C-PHY的每個(gè)符號可以傳輸約2.28比特的數據，顯著(zhù)提高了帶寬利用率。
圖4. MIPI C-PHY高速信號實(shí)例
C-PHY的數據通道由A、B、C三根線(xiàn)組成，每個(gè)符號通過(guò)三線(xiàn)編碼實(shí)現更高的數據傳輸效率。C-PHY同樣支持HS和LP模式，并具備與D-PHY類(lèi)似的模式切換特性。
C-PHY的一致性測試標準（CTS）也已更新至2.1版本。測試內容涵蓋發(fā)射機的電氣特性、時(shí)序要求以及數據傳輸的完整性。
圖5. MIPI C-PHY 端到端數據傳輸過(guò)程
針對MIPI D-PHY多條差分總線(xiàn)的測試，需要利用三根或四根探頭完成對數據和時(shí)鐘信號的探測，如果時(shí)鐘是連續時(shí)鐘，至少需要三根探頭完成探測，如果時(shí)鐘是Normal非連續時(shí)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(dòng)化測試。
大多數情況采用左下圖的連接方式。待測物是一個(gè)完整的系統，里面包含D-PHY的Controller和Device，探頭在不破壞系統工作狀態(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(guò)評估板來(lái)測量信號質(zhì)量，只有一個(gè)D-PHY controller 芯片和一些外圍電路，通過(guò)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(lái)提供D-PHY的動(dòng)態(tài)端接，探頭連接在端接板上的測試點(diǎn)進(jìn)行信號觀(guān)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(zhù)自動(dòng)駕駛和智能座艙對數據存儲需求的增加，MIPI M-PHY作為一種高性能存儲接口，逐漸成為車(chē)載存儲的首選標準。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)數據傳輸特性。
泰克公司提供的M-PHY測試解決方案能夠滿(mǎn)足最新的CTS標準要求，支持多種信號類(lèi)型和速率的測試。其自動(dòng)化測試軟件和硬件設備能夠有效降低測試難度，提高測試效率。
圖8. MIPI M-PHY在車(chē)載存儲上的應用
下圖給出了M-PHY架構的示意圖。
圖9. M-PHY架構的示意圖
如上所述，在LINE上傳輸的是差分信令信號，其差分的正向或者負向電平標記為DIF-P或者DIF-N；但在差分線(xiàn)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)有模組驅動(dòng)時(shí)記為DIF-Q。在進(jìn)行數據傳輸時(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)射機通過(guò)RSE-TX進(jìn)行端接驅動(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(lèi)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以及脈寬調制PWM兩種模式。對于PWM調制模式，其特性就是自帶時(shí)鐘屬性，因為每一個(gè)傳輸的符號中都包含了信號的跳變，也就是每個(gè)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(lái)說(shuō)，與D-PHY以及C-PHY類(lèi)似，以突發(fā)進(jìn)行數據傳輸，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T(mén)YPE-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；其中包含了數據傳輸的BURST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)機如下圖中的Type II M-TX的示例，實(shí)際上對于M-PHY的每個(gè)狀態(tài)機都包含了5個(gè)不同的省電（SAVE）狀態(tài)，如圖中藍色狀態(tài)所示；同時(shí)狀態(tài)機中也包含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)以及數據突發(fā)傳輸狀態(tài)。
圖13. M-PHY狀態(tài)機示例-Type-II M-TX
泰克自動(dòng)化測試軟件通過(guò)簡(jiǎn)單快捷的五步操作完成對軟件的設置，同時(shí)還提供了很大的靈活度方便不同的客戶(hù)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(gè)測試項的測試設置、自定義眼圖模版導入等等，使得客戶(hù)在不同的應用場(chǎng)景以及產(chǎn)品研發(fā)的不同階段可以進(jìn)行不同程度的測試和調試。
圖14. 靈活的M-PHY測試軟件
同時(shí)整個(gè)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大的調試工具SDLA軟件以及抖動(dòng)與眼圖分析軟件DPOJET，使得客戶(hù)可以在調試的時(shí)候直接采用自動(dòng)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(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(cháng)距離傳輸的SerDes標準
MIPI A-PHY是一種針對汽車(chē)應用的長(cháng)距離串行器-解串器（SerDes）物理層接口，能夠實(shí)現長(cháng)達15米的高速數據傳輸。A-PHY支持多種數據速率，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(cháng)距離傳輸：支持長(cháng)達15米的連接。
高性能：支持高達16Gbps的數據速率。
功能安全：滿(mǎn)足汽車(chē)功能安全標準（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，可通過(guò)橋接芯片實(shí)現A-PHY，D-PHY/C-PHY的共存組網(wǎng)，以降低生態(tài)系統的復雜性和成本，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，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直接傳輸到ECU。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(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傳輸數據：
圖18. 攝像頭像素流通過(guò)A-PHY利用CSI-2直接傳輸到ECU
A-PHY的出現是由于當前汽車(chē)應用的DPHY/CPHY不能解決應用中的一些問(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(chē)用途外，該規范還將非常適合物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)等應用。
泰克公司的MIPI測試解決方案
泰克公司作為全球領(lǐng)先的測試測量設備供應商，提供了一系列針對MIPI總線(xiàn)的測試解決方案。其產(chǎn)品包括高性能示波器、自動(dòng)化測試軟件和探頭，能夠滿(mǎn)足從研發(fā)到生產(chǎn)的全場(chǎng)景測試需求。
泰克MIPI測試解決方案特點(diǎn)
自動(dòng)化測試軟件：支持多種MIPI標準，簡(jiǎn)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(lèi)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(gè)測試套件構成，大致的測試方案構成如下所示：
圖19. 泰克M-PHY40/50自動(dòng)化測試方案大致構成
總的來(lái)說(shuō)，泰克的M-PHY自動(dòng)化測試方案覆蓋了最新的M-PHY50測試標準，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(guò)程中降低學(xué)習、使用成本，并具備優(yōu)異的調試能力，使得產(chǎn)品在最短的時(shí)間內得到完善的設計、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(mǎn)足不同應用場(chǎng)景的需求。
圖20. A-PHY測試解決方案
結語(yǔ)
MIPI總線(xiàn)技術(shù)在智能汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設備中的應用不斷拓展。隨著(zhù)技術(shù)的不斷演進(jìn)，MIPI標準將繼續為高性能、低功耗的數據傳輸提供支持。泰克公司憑借其先進(jìn)的測試解決方案，為工程師提供了強大的工具，助力MIPI技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用。
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