【SI_Mipi A PHY 01】快速了解Mipi A PHY工作原理

目录1. Mipi A PHY概述1.1. Mipi A PHY简介1.2. Mipi A PHY基本功能2. Mipi A PHY信号特征3. Mipi A PHY测试3.1. 发射信号TX测试3.1.1. 下行链路和上行链路信号测试3.1.2. TX 功率谱密度 PSD测试3.1.3. PAM-X 发射机线性度测试3.2. 接收信号RX测试3.2.1. 下行链路 RX 测试误码率和频率容限测试3.2.2. 输入噪声测试1. Mipi A PHY概述MIPI A-PHY 是MIPI 联盟面向车载场景定义的长距离 SerDes 物理层标准属于 MASSMIPI Automotive SerDes Solutions框架底层 PHY用于车载摄像头、显示屏、激光雷达 / 雷达与域控之间的长缆高速传输区别于 MIPI D-PHY / C-PHY板间短距。A-PHY v1.0 在 2020 发布被 IEEE 收录为IEEE 2977-2021v2.02024当前最新版下行最高 32Gbps1.1. Mipi A PHY简介目前普遍使用的 DPHYCPHY 是近距离传输协议 传输距离最多 15cm汽车使用的时候由于摄像头 距离处理芯片长度有几米甚至上十米所以现在车载 摄像头一般采用桥接方式。早期车载长距离图像传输只能用 TI、Maxim 等厂商私有 SerDes 芯片D-PHY/C-PHY 仅支持 15cm 内短距离 PCB 传输车载摄像头到域控数米线缆必须额外增加桥接芯片系统碎片化、成本高、故障点多。当前针对这种长距离 PHY 没有统一标准导致汽车生态系统的复杂和混乱。此外使用桥式发送、接收器 芯片增加了成本重量功耗和潜在故障点。PHY典型距离用途场景A-PHY最高 15m车载长缆 SerDes摄像头→域控屏幕→域控线束D-PHY20cm差分 LVDS 类PCB 板内模组与 SoC 短距手机 / 车载模组内部C-PHY20cm三电平差分高带宽短距手机相机MIPI A-PHY 是由 MIPI A-PHY 工作组开发的目标是为车载远程通信创建一个单一的标准化解决方案。 A-PHY v1.0 于 2021 年 6 月被采纳为 IEEE 标准并作 为 IEEE 2977-2021 可 用。A-PHY v1.1 也 将 作 为 IEEE 标准提交采用。v1.0/v1.1下行档位 G1~G52/4/8/12/16 Gbps上行最高 200Mbpsv2.0新增 G6 (24G)、G7 (32G)上行新增档位最高1.6Gbps兼容老版本设备互操作1.2. Mipi A PHY基本功能MIPI 联盟开发的车载长距离 SerDes 物理层A-PHY v1.02021 年 6 月纳入 IEEE 标准编号 IEEE 2977-2021链路模型非对称链路高速下行单向图像传感数据 嵌入式双向低速控制通道拓扑点对点支持菊花链线缆单根电缆支持选择性供电PoA 同缆供电非对称链路高速下行图像 / 传感数据 低速双向上行控制 / 状态单根线缆传输可选 PoAPower over A-PHY同缆供电应用场景ADAS 摄像头、座舱 IVI 显示屏、DMS 车内监控、虚拟后视镜、ADS 自动驾驶传感器链路可靠性PER 低至 10⁻¹⁹强 EMC 抗扰原生支持功能安全与安全加密替代传统私有车载 SerDe定位补充车载以太网、CAN、FlexRay不是替代2. Mipi A PHY信号特征Mipi A PHY v1.0 提供 P1 (NRZ)、P2 (PAM 多阶) 两套 Profile下行 G1~G5 五档速率上行固定 100MbpsPAM 侧重线性度测试RX 误码需加噪声验证。Profile调制特点P1 Profile1NRZ 8B/10B成本低易实现用于中低速率P2 Profile2PAM4/PAM8/PAM16高 EMC 抗扰带宽利用率更高高速档12G/16G/24G/32G用 PAMMipi A PHY主要信号特征如下A-PHY 在不同的速度下运行A-PHY 定 义 了 5 档 下 行 速 率G1、G2、G3、G4和 G5。A-PHY 下行链路应以定义的数据速率运行A-PHY 上行链路应为 100 Mbps支持某档速率的 A-PHY 设备需支持所有更低档的 速率Tx 测量适用于 P1 和 P2PAM-X 信号需要测试线性度NRZ 信号需要进行眼图测量下行链路 RX 误码率测量需添加噪声符号速率容忍度测量需添加噪声速率偏差 100ppmGear下行速率调制方式调制带宽 (GHz)最大净应用速率 (Gbps)G12 GbpsNRZ-8B/10B11.5G24 GbpsNRZ-8B/10B23G38 GbpsPAM427.2G412 GbpsPAM8210.8G516 GbpsPAM16214.43. Mipi A PHY测试Mipi A PHY测试项目包含TX测试和RX测试TX Measurement发射端测试RX Measurements接收端测试TX 功率谱密度 PSD下行链路 RX 误码率TX Maximum droop最大跌落RX 符号速率频率容差TX Timing jitter定时抖动TX Symbol rate accuracy符号速率精度TX Down link EYE opening下行眼图PAM-X Transmitter linearityPAM 发射机线性度测试模式TX 全部项目使用TM1~TM4测试码型3.1. 发射信号TX测试3.1.1. 下行链路和上行链路信号测试A-PHY TX 测试分为下行链路和上行链路。其中测试项目包含TX Maximum droop最大跌落、TX Timing jitter定时抖动、TX Symbol rate accuracy符号速率精度、TX Down link EYE opening下行眼图。下行链路传输高速信号Gear1、Gear2 采用 NRZ 调制Gear3、Gear4、Gear5 采用 PAM 调制其中 Gear3 也可选 NRZ。所有 TX 项目均采用 TM1~TM4 测试模式开展测量。调制方式G1/G2 采用 NRZG3/G4/G5 采用 PAM4/PAM8/PAM16G3 可兼容 NRZ测试码型统一使用 TM1TM4 标准测试码型上行链路为低速双向嵌入式通道负责控制指令、状态反馈、调试信息传输速率低、可靠性要求极高。调制方式固定 NRZ 8B/10B标准速率v1.0 最高 100Mbpsv1.1 最高 200Mbps测试特点侧重信号稳定性、低频抖动、链路保真度无 PAM 线性度要求测试目的保证车载控制链路不丢包、不误指令、抗干扰稳定3.1.2. TX 功率谱密度 PSD测试PSDPower Spectral Density功率谱密度用于检测 A-PHY 发射端高频频谱分布验证高速信号频谱是否合规、抑制带外辐射、满足车载 EMC 要求是 A-PHY TX 必测指标。1. 测试条件如下测试码型固定使用 TM1 测试码型频谱标准码测试对象A-PHY 下行 G1G5 全速率档位仪器高速实时示波器 / 频谱分析仪夹具同轴/STP 标准测试夹具2. 测试步骤如下步骤操作内容关键参数说明Step1 设备配置DUT 进入 TX 测试模式输出 TM1 码型确认链路稳定正常工作测试码型TM1Step2 仪器参数设置配置示波器采集参数RBW120kHz扫描次数 8 次采集模式MAX HOLD 最大保持示波器开启 8 倍过采样Step3 数据采集与计算连续采集 8 次扫描波形仪器后台计算频谱功率分布生成完整 PSD 曲线多次扫描做平均 / 最大保持提升频谱稳定性Step4 合规判定将实测 PSD 曲线与 MIPI A-PHY 标准 Mask 模板对比频谱全程无超限、无超标尖峰判定 PASS3.1.3. PAM-X 发射机线性度测试评估 A-PHY 发射端 PAM 信号的线性失真测量RMS 失真均方根失真与峰值失真保证多电平 PAM4/PAM8/PAM16 信号各电平区分清晰降低误码风险。1. 测试条件如下测试码型TM4采集方式过采样捕获一次性采集32 个 TM4 完整周期测试仪器高速实时示波器被测对象A-PHY 下行 G3/G4/G5PAM4/PAM8/PAM162. 测试步骤如下步骤操作内容说明Step1 波形采集过采样捕获连续 32 个 TM4 周期波形获取足够样本用于失真拟合Step2 平均周期构建由 32 组波形计算生成单一平均 TM4 周期消除随机噪声提取信号特征Step3 逐 UI 采样分析对每个 UI 内采样点匹配 TM4 理想周期与平均周期的相关性对齐时序消除抖动带来的误差Step4 构建理想线性抵消器采用均方误差估计算法对 TM4 原始数据滤波拟合理想线性参考波形得到理想无失真参考信号Step5 失真计算与判定计算 RMS 失真、峰值失真校验连续 4 个 UI 相位失真必须低于规范限值套用失真公式判定 PASS/FAIL3. 测试标准如下3.2. 接收信号RX测试3.2.1. 下行链路 RX 测试误码率和频率容限测试在叠加 EMC 噪声的车载恶劣信道条件下验证接收端 DUT 两项核心能力下行误码率带噪声环境下接收数据的纠错、解调能力符号速率频率容差评估 DUT 对发送端速率偏差的跟踪锁定能力测试码型TM61. 测试配置如下项目说明信号源链路伙伴Link-Partner作为 RX 测试码型发生器传输线缆GCT1 金色电缆模拟车载信道衰减与 ISI噪声源AWG 任意波形发生器生成 EMC 噪声耦合夹具定向耦合夹具自带衰减器将噪声叠加到主信号AWG 噪声需放大器补偿电平被测件Sink DUT接收端如显示 / 域控设备2. 测试步骤如下步骤操作内容要点Step1 硬件搭建链路伙伴通过 GCT1 金色电缆连接接收 DUTAWG 放大器接入耦合夹具主信号与噪声在耦合夹具合路送入 DUT 输入端Step2 进入测试模式控制链路伙伴将 DUT 配置至TM6 测试模式RX 测试专用码型 TM6Step3 注入 EMC 噪声AWG 生成标准 EMC 噪声经耦合夹具叠加到传输信号模拟车载电磁干扰场景Step4 执行测试链路持续运行DUT 接收带噪声的高速数据流同时验证误码与频率容差Step5 结果读取通过链路伙伴或 DUT 控制通道读取错误寄存器统计误码判定误码是否超标速率偏差是否在 ±100ppm 容限内3.2.2. 输入噪声测试验证 A-PHY 接收端在叠加各类输入噪声连续波、脉冲调制噪声组合的车载环境下仍然可以正确接收信号满足误码指标评估接收机噪声抗扰能力。测试条件噪声类型连续波 CW 噪声、脉冲调制噪声多类型噪声组合注入噪声幅值实测峰峰值 pk-pk ≈ 80 mV单峰 pk 40 mV测试对象A-PHY 下行接收端 DUT信号源链路伙伴输出标准 TM 测试码型噪声源AWG 任意波形发生器生成 CW、脉冲调制噪声耦合器件定向耦合测试夹具将噪声耦合到主信号链路连续波 CWContinuous Wave噪声固定频率正弦干扰模拟车载射频类连续干扰脉冲调制噪声间歇式脉冲干扰模拟开关电源、电机类脉冲干扰测试使用多种噪声组合更贴近整车复杂电磁环境