基于3-Phase symbol編碼技術(shù)的C-PHY詳解

本篇主要介紹物理層WG中的C-PHY。C-PHY基于3-Phase symbol編碼技術(shù)，通過three-wire trios傳輸2.28 bits/symbol，其目標速率是2.5Gsymbols/s。C-PHY與D-PHY有許多共同點，C-PHY的絕大部分特性都是從D-PHY改編而來的。C-PHY被設(shè)計成能夠與D-PHY在同一個IC管腳上共存，從而可以開發(fā)出既支持C-PHY又支持D-PHY的雙模器件。

由于C-PHY絕大部分特性和D-PHY一樣，因此該部分主要通過對比D-PHY進行介紹，同時在某些時候也會對比M-PHY對整個PHY層進行一個全面的對比總結(jié)。

MIPI C-PHY 通過帶寬受限的通道提供高吞吐量，將顯示器和攝像頭連接到應(yīng)用處理器。它為MIPI CSI-2和MIPI DSI-2生態(tài)系統(tǒng)提供PHY，使設(shè)計人員能夠擴展實現(xiàn)支持各種更高分辨率的圖像傳感器和顯示器，同時保持低功耗。同時它還可以應(yīng)用于許多其他地方，例如汽車攝像頭傳感系統(tǒng)，防撞雷達，車載信息娛樂系統(tǒng)和儀表盤等。

MIPI C-PHY是一種嵌入式時鐘鏈路，可為鏈路內(nèi)的重新分配通道提供極大的靈活性。

C的真正含義是“C-PHYs may be used in channel-limited applications, hence the use of the character “C””。

它還提供高速和低功耗模式之間的低延遲轉(zhuǎn)換。MIPI C-PHY通過在雙線通道上脫離傳統(tǒng)的差分信號技術(shù)并引入大約2.28位/符號的三相符號編碼來在三線通道上傳輸數(shù)據(jù)符號來實現(xiàn)這一點，其中每個通道包括嵌入式時鐘。以3 Gsym / s運行的三個three-wire trios接口上實現(xiàn)了大約24 Gbps的峰值數(shù)據(jù)速率。MIPI C-PHY可以與MIPI D-PHY在同一設(shè)備上引腳共存，因此設(shè)計人員可以開發(fā)雙模設(shè)備。

鏈路的操作和可用數(shù)據(jù)速率可以是不對稱的，這使實現(xiàn)人員能夠根據(jù)系統(tǒng)需求優(yōu)化傳輸速率。支持雙向和半雙工操作。

1、架構(gòu)
C-PHY使用 3-Phase symbol encoding技術(shù)，每一個符號可以傳輸2.28bits數(shù)據(jù)。C-PHY復(fù)用了大部分D-PHY的標準，能和D-PHY在同一芯片中共存，但是其數(shù)據(jù)編碼技術(shù)和D-PHY有本質(zhì)的區(qū)別，其特性如下：

• 使用三根線一組傳輸，而不是之前使用的差分對；
• 采用5進制傳輸，效率高于D-PHY的二進制，效率為原來的2.27倍；
• 沒有時鐘信號，由于使用了三根線，并且時鐘編碼到每一個symbol中，而且在每一個symbol boundary都有電壓的跳變，時鐘恢復(fù)也比較簡單。

C-PHY lane is known as a Trio. 1 Sym=2.28 bits

2、3-Phase symbol encoding

3、操作模式及模式轉(zhuǎn)換

C-PHY一共有三種模式：HSMode、LPMode和AlternateLow-Power (ALP) mode，其中HS Mode傳輸線有六種狀態(tài)：+x, -x, +y, -y, +z and–z，LPMode傳輸線有四種狀態(tài)：LP-000,604 LP-001, LP-100 and LP-111，ALP Mode除了HS Mode的六種狀態(tài)之外還定義了兩種狀態(tài)ALP-Pausestate (VOD = 0) and ALP-Pause Wake state (VOD = |VOD| Strong)，其中ALP-Pause有可以分為ALP-PauseStop and ALP-Pause ULPS兩種。

• 一個典型的HS傳輸過程的序列為：LP-111→LP-001→LP-000→HS→LP-111；
• 轉(zhuǎn)向(TurnAround)的序列為：LP-111→LP-100→LP-000→LP-100→LP-000；
• EscapeMode傳輸過程的序列為：LP-111→LP-100→LP-000→LP-001→LP-000；

  3.1、High-Speed Data Transmission

  Start-of-Transmission的流程如下表所示：

• End-of-Transmission的流程如下表所示：

• HS Data Transmission Burst的流程如下所示：

• 3.2、ALP Mode Transmission Burst

• 3.3、Bi-Directional Lane Turnaround

  Turnaround的流程如下所示：

• 當通道沒有進入TX-LP-Yield之前，如果通道上有STOP狀態(tài)出現(xiàn)，反轉(zhuǎn)過程可以被打斷，當Lan已經(jīng)進入TX-LP-Yield，通道已經(jīng)完成了反轉(zhuǎn)，此時再有STOP狀態(tài)也不能打斷turnaround過程。PHY應(yīng)該保證在TX-TA-Rqst,RX-TA-Rqst, or TX-TA-GO結(jié)束之后，程序不會中斷。

• 3.4、Escape Mode

• 4、互連和通道配置

  使用C-PHY物理層互連時，只支持點到點傳輸，整個通道包括TX、RX、TLIS(Transmission-Line-Interconnect-Structure)，其中TX和RX直接包含在兩側(cè)芯片中，因此互連主要約束中間的連接部分，包括PCB、走線、過孔、接插件等。

  由于高速差分通道也用于低速單端信號，因此使用松耦合差分傳輸線。其差分阻抗為100Ω，單端阻抗為50Ω。

  互連的約束通過S參數(shù)給出，其中差分線的插入損耗（IL）詳見下圖所示：

• 其中差分回損（RL）要求為：在整個工作頻率范圍內(nèi)Sdd11和Sdd22均小于-12dB。

  共模插損（IL）的要求和差分插損一樣，共模回損（RL）要求在2*fh（the highest fundamentalfrequency for data transmission）頻率內(nèi)Scc11和Scc22均小于-12dB。

  差分對用作單端想信號線時，其線間耦合參數(shù)通過S參數(shù)Scc21和Sdd21（或者Scc12和Sdd12）之間的差值來約束，在10*fLP,MAX（the maximum togglefrequency for low-power mode）頻率范圍內(nèi)不能超過-20dB。

  驅(qū)動端和接收端的差分回損參數(shù)要求如下：

• HS-TX的回損要求從fLP,MAX到fMAX頻率范圍內(nèi)不大于-3dB，HS-RX的回損要求如下圖所示：

• 5、電氣特性

  5.1、驅(qū)動端電氣特性

• 5.2、接收端的電氣特性

• 以上就是針對C-PHY的硬件架構(gòu)、三相符號編碼、操作模式、模式轉(zhuǎn)換、電氣特性等的簡單介紹，規(guī)范中還對高速信號時序及眼圖模板、內(nèi)置測試電路等進行了詳細介紹，涉及到相關(guān)內(nèi)容可參看規(guī)范《MIPI C-PHY? v1.2, 28-Mar-2017》。其操作模式及模式轉(zhuǎn)換部分和D-PHY非常相似，也可以參考D-PHY相關(guān)資料。

  編輯：hfy