关于MIPI的D-PHY硬件总结


前言

  MIPI(Mobile Industry Processor Interface)是由ARM, ST ,TI等公司成立的一个联盟,目的是确定并推动移动应用处理器接口的开放性标准,为移动应用处理器的标准硬件和软件界面确立规范,减少设计的复杂度,提高设计的灵活性。就如我们比较常见的摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口等。MIPI作为一个接口标准,它包括应用层,协议层,物理层。下面主要总结关于MIPI物理层(D-PHY)的一些知识点。

一、MIPI的专业名词解释

  1.CSI(Camera Serial Interface):主要指摄像模块(图像传感器等)的MIPI接口。
  2.DSI(Display Serial Interface):主要指显示模块(显示屏等)的MIPI接口。
  3.lane:MIPI里面的基本信息传输单元。两块使用MIPI连接的芯片,中间使用差分信号对进行连接,收发端各有一个Lane模块,完成数据收发。有时我们经常说的几个lane传输数据,可理解成几对差分对传输数据。注意:lane并不是差分对,它是收发器里面的一个模块,它包括低功耗发射器(LP-TX),低功耗接收器(LP-RX),高速发射器(HS-TX),高速接收器(HS-RX),低功耗竞争检测器(LP-CD)。
  4.C-PHY:C-PHY主要时为了提高传输的带宽,C-PHY没有同步时钟,时钟时嵌套在数据中。其中物理层和D-PHY完全不同,线路上采用A/B/C三线系统等等。
  5.D-PHY:提供了对DSI (串行显示接口)和CSI(串行摄像头接口)在物理层上的定义,采用一个差分时钟和1-4对差分数据线来传输数据。D-PHY的物理层支持HS(High Speed)和LP(Low Power)两种工作模式。HS模式下采用低压差分信号,用于传输图像信号,数据传输采用DDR方式,即在时钟的上下边沿都有数据传输,数据传输速率为80M~2.5Gbps,功耗较高。LP模式下采用单端信号(LVCMOS信号),用于传输初始化控制信号,数据速率小于10Mbps,功耗较低。目前MIPI中运用的最多。

二、MIPI传输原理

  1.MIPI的D-PHY组成:由下图可知1lane由功耗发射器(LP-TX),低功耗接收器(LP-RX),高速发射器(HS-TX),高速接收器(HS-RX),低功耗竞争检测器(LP-CD)组成。MIPI信号可以由一对差分时钟和任意对差分数据组成数据传输通道。(1lane CLK+1lane DATA,1lane CLK+2lane DATA,1lane CLK+3lane DATA等)。
下图为MIPI的D-PHY结构组成图

在这里插入图片描述
  2.MIPI的数据传输:MIPI信号的传输分为两个模式,①控制模式:在控制模式下,高电平典型幅值为1.2V,此时P和N上的信号不是差分信号而是相互独立的单端信号,当P为1.2V,N也为1.2V时,MIPI协议定义状态为LP11,同理,当P为1.2V,N为0V时,定义状态为LP10,依此类推,控制模式下可以组成LP11,LP10,LP01,LP00四个不同的状态组成。控制模式下这4个不同状态组成的不同时序代表着将要进入或者退出高速模式等;如下图可知:控制信号经过LP11-LP01-LP00后,进入高速模式,用于传输图像信息,此时数据通过差分信号(±200mV)进行数据的传输。
下图为MIPI信号传输图
在这里插入图片描述

三、MIPI数据电平标准

  控制模式:单端信号,幅度为1.2V,通过PN电平可构成LP11,LP10,LP01,LP00四个状态,从而通过这四个状态可以组成不同的控制模式。数据传输速率小于10MHz。
  高速模式:差分信号(SLVS),直流分量200mV,差分摆幅为±200mV。数据传输速率为80M~2.5Gbps。
在这里插入图片描述

四、控制模式下各模式的传输过程

1.进入Escape模式的过程:LP-11—>LP-10—>LP-00—>LP-01—>LP-00—>Entry Code—>LPD。(10MHz)
2.退出Escape模式的过程:LP-10—>LP-11。(10MHz)
3.进入高速模式的过程:LP-11—>LP-01—>LP-00—>SOT(00011101)—>HDS。(80MHz—1GHz)
4.退出高速模式:EOT—>LP-11。
5.控制模式到BAT传输过程:LP-11—>LP-10—>LP-00—>LP-01—>LP-00。
6.控制模式到BAT接受过程:LP-00—>LP-10—>LP-11。

下图为各种模式的状态转化图
在这里插入图片描述
  

总结

  我们知道MIPI信号是以包的形式传输,在MIPI的CSI和DSI中,尽管他们的物理层都是采用D-PHY,但是它们的应用场景是完全不一样的,在协议层它们的短包行同步头,场同步头和封包的方式都是不一样的,所以我们在电路设计的时候需要注意器件支持的是DSI还是CSI,如果它们接错则会导致信号的解析错误等问题,影响数据传输错误。尽管MIPI的传输有单端控制模式,但MIPI的图像数据传输是SLVS的差分信号,即我们在设计的时候需要严格按照差分信号进行设计。传输线路也需要100Ω的阻抗匹配。MIPI的信号传输分为高速和低速,高速传输的是直流分量为200mV,摆幅为±200mV的差分信号,低速幅值为1.2V的LVCMOS信号。

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THE END
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