MIPI(D-PHY)协议简介&测量方法&测试项简介

作者:AirCity 2020.2.20
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1 MIPI Alliance

说起MIPI,就得说下这个MIPI Alliance,这个联盟聚集了很多知名IC大厂,手机上用的很多通信协议,最知名的就是CSI,DSI和RFFE,都是它管辖的范围,下面用通信协议的方式画了一个手机架构,红色框住的部分是我们常见的。
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简言之,Camera用的CSI,LCD用的DSI,射频器件用RFFE,UFS接口,手机上的PCIe,USB3.0的SSIC都是MIPI联盟操心的事儿。

D-PHY,C-PHY,M-PHY,SLimBus,HIS and DigRF 3G都是物理层协议。而CSI,DSI,UNIPro都是传输层或应用层协议。

我们重点看下D-PHY,C-PHY和MPHY。先出现的D-PHY在Camera和LCD领域应用最广。之后出现的M-PHY的数据吞吐率非常大,但开发非常复杂,几乎没有什么设备上支持因此应用比较少。后来MIPI联盟推出了C-PHY协议,在少部分像素特别高的Camera上,用到了C-PHY(华为和一加的手机有用到)。
下面是几种协议的对比
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M-PHY的梦想:
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MIPI联盟的协议最大特点是,信号线数量少,速率高,有多种功耗模式。本文的重点是D-PHY的测试和指标解释。

注意,我们说的D-PHY是最底层的物理层,其上面一层是DSI层,规范了Low Level Protocol和Land management。再往上一层是DCS层,是应用层。

2 D-PHY的信号特点

下图是由1个Clock Lane和2个Data Lane的连接图。每一个Lane有两根线,分别为P和N,信号以差分的方式传输。Clock Lane是必不可少的,Data Lane的数量可以根据传输数据的吞吐率要求来选择,至少是一个Data Lane。
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D-PHY有两个工作模式,HS(High Speed)和LP(Low Power)。
HS模式是差分传输,速率高,功耗快,幅度是200mV(100mV~300mV)。
LP模式是单端传输,速率低(小于10Mbps),功耗小,幅度是1.2V(0-1.2V)。图示如下:
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HS模式,差分信号传输,协议V1.0版本支持速率80Mbps-1Gbps,协议V1.1版本支持速率80Mbps-1.5Gbps,协议V1.2都能支持到2.5Gbps了。
任何情况下时钟都是由Master向Slave提供,例如手机CPU的DSI接口,CPU是Master,屏是Slave,clock由CPU提供。CPU的CSI接口,Camera是Master,CPU是Slave,Clock由Camera提供。

大部分情况下,数据都是从Master流向Slave,例如CPU流向屏显示数据,Camera流向CPU图像数据。看一下高通CPU的手册就知道了。

LP模式,两根差分线号线变成独立的单端信号线,最大传输速率10Mbps。

只要硬件支持,HS和LP模式下,都可以双向传输。

多个Lane的数据传输分配如下:
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3 搭建测试环境

示波器要求:
目前市面上大部分是DPHY V1.1版本的芯片,1.5Gbps,750MHz,因此选用4GHz带宽示波器就能实现5%的测量精度。此外要求四个通道,支持差分探头,例如泰克DPO70404C示波器。

探头要求:
4GHz带宽,差分探头或单端探头,如泰克P7240,P7340。为保证测量准确,尽量选择差分探头。

其他配件:
专用的焊接探针,如下图,需要将两根细线焊接在MIPI线上。
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信号选择和测试点选择:
Clock Lane必测。Data Lane中,选择长度最长和最短的两个Lane来测量,通常情况下Lane0必选。

测量点应该是负载端,如果是测量屏的MIPI信号,需要将测量点尽量靠近屏的驱动IC,如果是Camera,需要将测量点放在靠近CPU的地方。但是现实情况是MIPI都走线在内层,只有在共模电感的地方才能焊线出来。
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特别注意,测量过程中应将手机主板的GND与示波器GND连接在一起,而且越短越好。

测试资源:
如果是测试屏的DSI,准备一个高清视频,循环播放。如果是测试Camera,打开摄像头,调整到最大分辨率,使其一致处于预览状态,并且预览的环境要有动作,不能是静止的。

校准:
在执行测试前,一定要校准每一个用到的探头和通道。

4 测试项介绍

按照《MIPI Alliance Test Program D-PHY Physical Layer Conformance Test Suite V1.0》要求,有如下几组测试:
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在这里插入图片描述
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在这里插入图片描述

《MIPI Alliance Test Program D-PHY Physical Layer Conformance Test Suite V1.0》中的Section2是测试RX性能的,是外部提供信号,看Rx能否正常工作,这是芯片测试内容,手机研发不需要做这个测试。

5 测试指标解读

每一项测试指标在文档《MIPI Alliance Test Program D-PHY Physical Layer Conformance Test Suite V1.0》中已经解释的非常详细,这里指介绍几个经常出错的项目:

THS-PRERARE,表示LP-00状态的保持时间
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UIINTS,半个时钟周期
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TCLK PREV
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TCLK POSTV
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TSKEW(TX)
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6 MIPI D-PHY走线要求

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7 参考文章

https://zhuanlan.zhihu.com/p/37373801
http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100052466
https://blog.csdn.net/weixin_41177620/article/details/90760611

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