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M31谈MIPI物理层的规格与发展

M31 Technology 2023-07-24 11:25 次阅读

摘要

MIPI是Mobile Industry Processor Interface行动产业处理器界面的简称。本文将介绍MIPI体系结构中物理层规格,并分别说明D-PHY和C-PHY的特性与优点。接着分享MIPI在车用电子之发展与挑战中的观点与M31所能提供的专业MIPI威廉希尔官方网站 服务。

MIPI与物理层IP结构图

MIPI协会为一开放的会员制组织,2003年7月,由德州仪器TI)、意法半导体(ST)、安谋(ARM)和诺基亚(Nokia),四家公司共同成立。十余年间,此规格蓬勃发展,大量应用在手机、穿戴式产品等行动装置,其中包含显示、镜头、储存、桥接等讯号收发,都采用MIPI协会所制定的各项标准。时至今日,MIPI也陆续导入人工智能和车用电子等应用,与人类生活中所使用到的各项电子产品紧密结合。

在MIPI体系结构中,包含应用层(Application Layer)、协议层(Protocol Layer)和物理层(PHY Layer)。其中,物理层负责处理讯号在实体信道传输。M31物理层IP框架图中(图一),主要包含PCS(Physical Coding Sub layer,物理编码子层)和PMA(Physical Medium Attachment,物理媒体衔接层)两个部分。PCS是利用PPI(PHY Protocol Interface,实体协议接口与MIPI控制器做沟通,实现数据传输,以及各种模式切换; PMA则是包含了对外传输所需要的interwetten与威廉的赔率体系 电路,包含频率产生器,发射机,以及接收机等等。M31在PPI的部分维持标准化设计,提高与各大MIPI厂家的控制器兼容度;另一方面,我们并同时预留了一些特化的边带控制讯号,来满足客户对于多样化的应用需求。

随着讯号数据量越来越大,除了提升操作速度外,MIPI协会更提出了一系列的物理层,包含M-PHY、D-PHY和C-PHY。下面的段落中,将针对D-PHY和C-PHY的特性与优点做进一步的介绍。

wKgZomS963GAB5RZAABWywKwYAA896.png图一M31 MIPI物理层框架

D-PHY特性与优点

D-PHY的架构包括一条频率通道(Clock Lane),以及一条或多条数据信道(Data Lane),其中频率信道皆为单向信道,而数据信道可为单向或双向通道。物理层主要分为HS(High Speed)、LP(Low Power)和ALP(Alternate Low-Power)三种工作模式。HS模式为低电压之差分讯号,依目前最新的D-PHY v3.0,最高的传输速率为11Gbps;LP模式则为单端讯号,应用为低速传输(<10Mbps),相对地,耗电也非常低;ALP模式则是透过HS电路模块进行低速传输,缩短系统在HS和LP切换过程之等待时间。透过各种模式的搭配可优化D-PHY功耗,而藉由频率通道,从发射端传送高速DDR(Double Data Rate)讯号至接收端,可使接收端之CDR(Clock and Data Recovery,频率数据回复)电路设计更为简易。

在数据信道的双向功能方面,能应用于逃逸模式(Escape Mode)以及状态和显示模块信息的传输。双向传输分为两种方式,分别为基于LP模式之Control Mode Lane Turnaround和ALP模式之Fast Lane Turnaround,前者为传统实现方式,后者则为D-PHY v2.5之后提出的新方式。Fast Lane Turnaround具备即便在单向和双向传输间切换,也不耗费进出LP模式所需之等待时间,虽需在发射机与接收机加入高速收发电路,但对于整体数据产出(Data Throughput)的提升是十分可观的。M31 IP针对上述两种双向传输方式皆能支持,并同步优化电路布局面积。

wKgZomS963qAeZ7_AAHGYJ3vMBI802.png图二 D-PHY信道模块系统图

C-PHY特性与优点

因应讯号数据量日益遽增,C-PHY应运而生,其架构为A/B/C三信道系统,频率嵌入数据讯号中,没有频率通道,此目的为增加带宽,并对数据进行编码。首先,将16 bits的讯号转换为7个符号(Symbol),每个符号都藉由三条通道传输,并使用6个线状态(Wire States)达成5个线状态转换(Wire States Transitions),如C-PHY规格书中撷取之图三所示。每3 bits的讯号会决定下个线状态转换,其中Flip代表讯号正负改变而线状态不变,Rotation代表线状态为顺时针或逆时针变化,Polarity代表线状态的正负极性变化。

wKgZomS966eAd8_aAAPLVVsjpDY726.png图三 C-PHY线状态转换示意图

wKgaomS97AGAdC43AAHpVzZMk5E903.png图四 C-PHY HS讯号波型图

物理层同样分为三种工作模式。HS模式为低电压之三相符号编码讯号,并透过两两相减,得到传统的差分讯号(图四),编码增益则为2.28(16/7)。依目前最新的C-PHY v2.1,最高的传输速率为8Gsps;LP和ALP模式则与D-PHY相似。双向传输同样可支持Control Mode Lane Turnaround和Fast Lane Turnaround两种方式。C-PHY省去了频率通道,改善D-PHY存在的EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰),更进一步地降低所需之功耗,并藉由编码增益,在节省脚位数(Pin Count)的情况下,达到讯号传输量(图五)。

wKgaomS97CSAQUDpAALkj4wP7B4545.png图五C-PHY/D-PHY Pin Count

MIPI在车用电子的发展与挑战

近年车用电子应用需求显著提升,相对于消费性电子的差异在于,对于抗高温和故障率等可靠度和安全标准都有严格要求,因此,在开发车用IP必须考虑AEC-Q100和ISO26262等验证规范,并通过相关功能认证。此外,MIPI也极度广泛应用于车载,包含显示端应用如导航、中控台、仪表板以及娱乐系统等;镜头端的应用如环景侦测、驾驶状态监测、ADAS等。

目前,M31在MIPI M-PHY、MIPI D-PHY Transceiver IP及设计流程皆已获得ISO26262认证,将能提供ASIL-B规格的高质量IP。

M31专业MIPI威廉希尔官方网站 服务

M31已于MIPI领域耕耘十年时间,拥有专业的威廉希尔官方网站 团队,提供威廉希尔官方网站 节点55nm至5nm,团队不只专注于IP开发,也同时具备完整的威廉希尔官方网站 支持服务,在与显示威廉希尔官方网站 、智能影像侦测等多媒体芯片设计公司,乃至车用电子芯片设计公司皆有丰富的合作经验,并已建构完整的量测设备,从讯号质量分析、电气特性量测到系统兼容性测试,皆与客户保持密切合作。累积至今,M31在MIPI领域已针对不同需求有完整的布局,更能从产品应用上提出芯片设计优化方案,进一步提高客户产品竞争力。

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