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【360度看新一代示波器】系列之六: MIPI D-PHY物理層自動一致性測試

2020-02-18 17:03:59 來源:EETOP 作者:泰克科技
對低功耗高清顯示器的需求,正推動著對高速串行總線的采用,特別是移動設備。MIPI D-PHY是一種標準總線,是為在應用處理器、攝像機和顯示器之間傳送數據而設計的。該標準得到了MIPI聯盟的支持,MIPI聯盟是由多家公司(主要來自移動設備行業)組成的協會。該標準由聯盟成員使用,而一致性測試則在保證設備可靠運行及各廠商之間互操作方面發揮著重要作用。自動測試系統采用可靠的示波器和探頭,幫助設計人員加快測試速度,改善可重復性,簡化報告編制工作。

高速運行的物理層

D-PHY的物理層由一個時鐘和四條數據通路[D0:D3]組成,可以以非常高的速度運行。物理層可以支持不同的協議層。例如,攝像機捕捉的影像可以通過采用CSI-2協議的D-PHY物理層傳送到處理器,再傳送到應用處理器,然后通過采用DSI協議的D-PHY物理層傳送到顯示器。這里的CSI和DSI指D-PHY上運行的協議。每條通路上的數據在使用V1.2標準時傳送速率可以達到2.5 Gbps,在使用V2.1標準時可以達到4.5 Gbps,從而可以傳送高分辨率和高清晰度的影像。

數據通路[D0:D3]的D0通路是雙向通路,用于總線周轉(BTA)功能。在主發射機要求外設響應時,它會在傳輸最后的數據包時向其PHY發出一個請求,告訴PHY層在傳輸結束(EoT)后確認總線周轉(BTA)命令。其余通路和時鐘都是單向的,數據在不同通路中被剝離。例如,第一個字節將在D0上傳送,然后第二個字節將在D1上傳送,依此類推,第五個字節將在D0上傳送。根據設計要求,數據通路結構可以從一路擴充到四路。圖3是1時鐘3路系統上的數據剝離圖。每條通路有一個獨立的傳輸開始(SoT)和傳輸結束(EoP),SoT在所有通路之間同步。但是,某些通路可能會在其他通路之前先完成HS傳輸(EoT)。

在四條通路之間,在以2.5 Gbps/路運行時,D-PHY 1.2信號的最大吞吐量約為10 Gbps。物理層信號有兩種模式:高速(HS)模式和低功率(LP)模式。高速[HS]模式用于快速傳送數據。在系統處于空閑時,低功率[LP]模式用來傳送控制信息,以延長電池續航時間。HS和LP模式有不同的端接方式,系統應能夠動態改變端接方式,以支持這兩種模式。

HS數據的速度越高,顯示器能夠支持的分辨率越高,影像的清晰度也就越好。數據速率與分辨率之間的關系,還要看一下其他幾個參數。

  • 像素時鐘:決定著像素傳送的速率
  • 刷新速率:屏幕每秒刷新次數
  • 色彩深度:用來表示一個像素的顏色的位數
像素時鐘的推導公式如下:像素時鐘 = 水平樣點數 x 垂直行數 x 刷新速率。其中水平樣點數和垂直行數包括水平和垂直消隱間隔。


圖1. D-PHY數據通路在連續時鐘模式下的模式和狀態。(MIPI聯盟D-PHY規范第1.2版,MIPI聯盟公司)
圖2. D-PHY時鐘通路在正常時鐘模式下的模式和狀態。(MIPI聯盟D-PHY規范第1.2版,MIPI聯盟公司)

如何測試電接口信令?

數據在HS模式下傳送,在線路空閑時,發射機切換到低功率模式,以便節能。在高速(HS)模式下,差分電壓最小值是140 mV,標稱值是200 mV,最大值是270 mV,數據速率擴展到最大2.5 Gb/s。HS模式由兩種可能狀態組成:Differential-0 (HS-0)和Differential-1 (HS-1)。

在低功率(LP)模式下,信令采用兩條單端線路,擺幅為1.2 V,最大運行數據速率為10 Mb/s。數據+(Dp)線路和數據-(Dn)線路相互獨立。每條線路可以有兩種狀態:0和1,這會導致LP模式,其有四種可能的狀態:LP-00, LP-01, LP-10, LP-11。

為了適應兩種不同的運行模式,接收機端的端接必須是動態的。在HS模式下,接收機端必須以差分方式端接100 Ω;在LP模式下,接收機開路(未端接)。HS模式下的上升時間與LP模式下是不同的。

接收機端動態端接加大了D-PHY信號測試的復雜度,這給探測帶來極大挑戰。探頭必須能夠在HS信號和LP信號之間無縫切換,而不會給DUT帶來負載。必須在HS進入模式下測量大多數全局定時參數,其需要作為僅時鐘測試、僅數據測試和時鐘到數據測試來執行。還要在示波器的不同通道上同時采集Clock+ (Cp)、Clock- (Cn)、Data+ (Dp)、Data- (Dn)。

鑒于D-PHY1.2規范支持的最大速度是2.5 Gbps,所以要求的最低帶寬是8 GHz,那么探頭在8 GHz以下帶寬時應擁有穩定的特點,以便能夠捕獲HS-LP和LP-HS跳變區域中的波形。

D-PHY正成為汽車顯示器和攝像機應用中流行的標準。在不同的汽車溫度范圍內進行測試,也可能帶來挑戰,特別是在探測方面。

用MSO6進行自動一致性測試

示波器和探頭要求的最低帶寬是4 GHz。在2.5 Gbps的最高數據速率時,示波器和探頭建議帶寬是8 GHz。設置包括:示波器,4 只低負載單端探頭,TekExpress D-PHY 1.2 自動測試解決方案,高級抖動分析 ( 推薦 ),探測、端接電路板。

TekExpress解決方案把速度最快的自動測試解決方案與6系列MSO、MSO/DPO7000/DX和DPO70000SX示波器整合在一起。TekExpress軟件提供了一個圖形用戶界面(GUI),其架構包含從設置到測試的直觀工作流程,而不管采用哪個通路端接。在線工作情況下執行一致性測量,并可以針對特定DUT數據速率來配置設置,調節極限,并進行量身定制。在配置高級抖動分析(選項DJA)的儀器上,TekExpress D-PHY解決方案為數據到時鐘時延測試繪制眼圖,清楚地表明數據和時鐘之間的時延信息。
 
圖3. 采用6 系列MSO 的單端測試設置
 
圖4. HS-TX時鐘到數據通路定時測試中使用的眼圖。

TekExpress自動測試框架是市場上速度最快的D-PHY合規性解決方案,明顯節省了測試時間,特別是在各種環境條件下表征DUT性能時。該解決方案還可以在預錄模式下測試離線波形,可以先捕獲多輪數據,后面再對數據進行處理,省時省力。

報告功能支持多種格式和定制內容。結果可以按測試名稱(默認值)、通路名稱或測試結果分組。可以作為選項包括第一個分析區域的圖像。報告不僅提供了測試合格/不合格摘要表,還包括每項測試的裕量細節,這些都包括在一個合并報告中,并可以導出。

圖5. TekExpress D-PHY自動軟件會引導用戶從設置到報告完成整個測試

自動一致性測試的速度和可重復性都要遠遠高于手動測試,特別是在測試MIPI D-PHY物理層時。TekExpress自動軟件與相應的示波器和探頭相結合,如6系列MSO和TDP7700,可以幫助工程師加快測試速度,改善可重復性,簡化報告編制工作。

了解MSO6詳情, https://www.tek.com.cn/oscilloscope/6-series-mso-mixed-signal-oscilloscope


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