MIPI是移动领域Zui主流的视频传输接口规范,没有之一,目前应用Zui广泛的是MIPIDPHY和MIPI CPHY两组协议簇。
什么是D-PHY:
D-PHY中的"D"是指的罗马数字的500,是因为D-PHY协议第一个版本出来的时候,每条数据LaneZui高支持到1G的速率,而时钟采用的是DDR时钟(Double Data Rate,双边沿有效),所以时钟Zui高可达500MHz,D指的就是它支持的Zui高时钟速率。目前D-PHYZui新版本2.0Zui高支持到4.5G的速率。
MIPI DPHY属于源同步系统,转换为LVDS电平后就是一个通用的ISERDES逻辑,主要是时钟方案有两种考虑:
第一种:使用PLL、MMCM或DLL,此种方案对PLL的锁定时间有较高的要求,通常要求us级才能保证在时钟不连续模式下正常锁定,当然具有专用DPHY逻辑的器件有专门的PLL电路实现。这种方案的好处是不易受时钟毛刺的影响,接收较为稳定。
第二种:在源同步时钟基础上使用专门的时钟buffer分频(如Xilinx 7系列的BUFR),这种方案可适应任意速率,不需要预先设定速率来配置锁相环电路,缺点是易受时钟毛刺影响,出错率稍高。
什么是C-PHY:
C-PHY中的"C"指的是Channel-limited application,也就是说它对信道的要求比较低。C-PHY采用特殊的编码方式,每个波特可以传输2.28个比特的数据,2.5Gbaud/s的波特率zui高可以传输5.7G每lane的速率。
MIPI CPHY的难点是时钟恢复,在FPGA系统中,没有针对MIPI CPHY的专用时钟恢复电路(CDR),因此,需要充分利用CPHY的线态编码均衡和FPGA可编程延时电路的特点来实现CDR,这种方案理论上要求FPGA内部延时逻辑约越好,LUT时钟性能越高,这样会把时钟恢复误码和抖动降到Zui低。时钟恢复完成后,线态解码、符号解码和数据恢复。
MIPI CPHY在MIPI DPHY的基础上成倍增加了带宽,减少了线对数量,在高速大靶面传感器和高分高刷新移动设备OLED应用上越来越普及。
D-PHY/C-PHY的工作原理:
MIPI C-PHY和D-PHY都有LP(Low Power)模式和HS(High Speed)模式,其中它们的LP模式比较接近,HS模式则有比较大和差别。D-PHY的HS模式走的是普通的差分信号,差分对分别命名为"Dp"和"Dn",使用NRZ编码,即高电平代表"1",低电平代表"0"。
和D-PHY相比,C-PHY还有个特点。像D-PHY和普通的NRZ编码的信号,都是以当前的高低电平来表示"0"和"1",C-PHY则是跳变来表示数字状态(这一点和USB 2.0会有点类似,USB 2.0采用的是NRZI编码,"0"代表翻转,"1"代表维持不变)。
其中,HS模式下,为差分信号传输,信号电平在100mV~300mV(200mV的压摆);LP模式下,为单端信号传输,信号电平在0~1.2V(1.2V压摆)。HS模式下,信号传输速度可达80Mbps~1Gbps(v1.0)或80Mbps~1.5Gbps(v1.1),采用源同步的传输方式,由主机(Master)设备向从机(Slave)设备提供DDR时钟。LP模式下,信号传输速度为10Mbps,此时传输通道的差分线(HS模式下的)是两根独立的信号线。无论是HS模式还是LP模式,都采用LSB fisrt,MSB last的传输方式。
C-PHY传承了D-PHY的Global Timing,也就是C-PHY和D-PHY联系手机的暗号是一样的,区别在于有效数据的传输方式不同,C-PHY通过某些技术改良,使数据传输速度更快。
目前手机的硬件连接,通常是10根MIPI线,部分芯片这10根线既可以用作C-PHY,也可以用做D-PHY,两者在pin脚定义上是兼容的。C-PHY将原先D-PHY的2线一组传输,转换为3线一组传输,且C-PHY不需要CLK线。
基于3线传输的特殊构造,C-PHY通过检测状态位的改变来识别数据的变化状态,并不需要CLK线;而且通过3线传输的方法,C-PHY实现了5进制传输,效率远高于D-PHY的2进制传输。好比我们在搬砖时,力气大的一次可以搬5块,而力气小的一次仅可以搬2块,搬5块的当然比搬2块的速度快。假定需要传输65536个字节的图片,65536=2^16,D-PHY需要搬16次的砖,C-PHY仅需要7次就能搬完,5^7=78125>65536, 所以效率是原来的16/7≈2.28倍。
MIPI C-PHY的眼图测试如下图所示:
得到瞬间时钟UIinst之后,以右对齐的方式触发得到眼图。和我们平时看到的眼图不一样,我们平时看到的眼图模板都是居中对齐的,而C-PHY是右对齐的。
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