测试标准解读专栏—MIPI C-PHY™ 与 MIPI D-PHY™ 标准演进解读

本专栏不定期解读测试行业标准，欢迎大家在评论区提出你想要了解的测试标准或者关于标准以及测试的问题，是德科技测试工程师会给你解答。是德科技作为全球领先的测试与测量技术公司，长期致力于推动技术标准化和测试方法的完善，为行业提供全面的测试解决方案。

原文作者：Victor Sanchez-Rico Guerra，是德科技在MIPI 联盟中关于MIPI C-PHY/D-PHY/M-PHY标准的代表

翻译及校对：是德科技（中国）有限公司市场部和技术支持部门

您将了解到

• • C-PHY™ 和 D-PHY™ 演进历程的简要概述
  • C-PHY™ 3.1 引入 18线态模式（18Wirestate Mode）带来的变化
  • D-PHY™ 3.6 引入嵌入式时钟模式（ECM）带来的变化
  • 未来的连接方案将如何减少紧凑型系统中的布线
  • 为什么 C-PHY™ 和 D-PHY™ 在共同的生态系统中持续协同演进
  • 最新物理层（PHY）演进带来的全新一致性测试与验证挑战
  • 是德科技（Keysight）解决方案如何助力下一代 MIPI 验证

引言

随着高分辨率传感器、先进显示器、机器视觉以及AI辅助处理的普及，摄像头和显示接口对带宽的需求持续增长。与此同时，系统设计人员还面临着降低功耗、缩小连接器尺寸、降低布线复杂度以及减小整体封装的压力。这些需求在智能手机、AR/VR设备、汽车视觉系统、AI PC 以及人形机器人、无人机等新兴实体人工智能（Physical AI）系统中表现得尤为明显。

MIPI® C-PHY™ 和 MIPI® D-PHY™ 已成为连接图像传感器、显示器和处理器的核心物理层技术。其中，CSI 用于传感器，DSI 用于显示器，且这两种协议均可在任一物理层上运行。尽管这两项技术采用了不同的信号传输架构，但它们的演进目标完全一致：在传输更多数据的同时，减少系统所需的物理互连数量。

因此，这些物理层的最新演进不仅是为了实现更高的波特率，更是为了通过提高带宽利用率和降低功耗，来提升整个系统的综合效率。

C-PHY™ 与 D-PHY™ 演进简史

下表总结了与当前及未来物理层相关的主要演进阶段：

尽管 C-PHY™ 和 D-PHY™ 采用了不同的信号架构，但它们的演进紧密相连。许多设备都实现了共物理层（Combo PHY）架构。这为系统设计人员提供了极大的灵活性，使得同一款设备能够支持广泛的摄像头和显示器配置。这也意味着两种物理层必须共享一个由协议支持通道定义组成的共同生态系统。

C-PHY™ 3.1 有哪些新特性？

C-PHY™ 采用的是三线组（Three-wire Trios），而非传统的差分数据通道。这使得信息可以在三根导线上进行编码，从而提高了效率并减少了特定吞吐量下的导线数量。

C-PHY™ 3.1 的核心升级是18线态模式（18Wirestate Mode）。前几代产品中，每根导线使用三个信号电平，共有六个有效线态。C-PHY™ 3.1 将其扩展为七个信号电平和十八个有效线态。这使编码效率从每波特约 2.28 比特提升至每波特约 3.55 比特，意味着在相同波特率下，传输的信息量增加了大约 55%。

转向 18线态模式还需要引入替代低功耗（ALP，Alternate Low Power）模式。这并不是一个可选的架构方案：因为要支持七个信号电平，就需要更高的全速（HS）振幅，这与传统的低功耗（Legacy Low Power）信号区域产生了重叠。因此，传统的低功耗运行无法再与 18线态信号协同工作，ALP 模式便成为了必需。所以，C-PHY™ 3 物理层必须运行在“带有传统低功耗（LLP）的 6线态模式”下，或者运行在“带有 ALP 的 18线态模式”下，不允许其他组合形式。

图 1：使用是德科技仪器生成的 CPHY™ 3.1 18线态模式眼图示例

D-PHY™ 3.6 有哪些新特性？

传统的 D-PHY™ 实现方案采用的是前向时钟模式（FCM，Forward Clock Mode），即一条专用的时钟通道与一条或多条高速数据通道协同传输。这种架构虽然稳健且应用广泛，但时钟通道本身会消耗系统资源和连接引脚。

D-PHY™ 3.6 引入了嵌入式时钟模式（ECM，Embedded Clock Mode）。该模式不再传输独立的时钟信号，而是使用 128b/132b 编码将定时信息嵌入到数据流中，并由接收端进行恢复。这样一来便取消了专用的时钟通道，在减少布线需求的同时，保留了 DPHY™ 传统所采用的 NRZ 信号传输方式。

此外，与前几代产品相比，D-PHY™ 提升了数据速率能力。标准通道的运行速率规范已高达 9 Gb/s。前向时钟模式（FCM）将继续得到支持，并且在短通道应用中，其运行速率最高可达 11 Gb/s。这些更高的速率，加上 ECM 对时钟恢复的依赖，使得通道行为、抖动性能和定时恢复成为了全新的验证重点。

图 2：使用 Infiniium XR8 进行的 D-PHY™ 波形仿真与分析。从左到右、从上到下依次为：原始波形、干净的眼图、嵌入通道和封装模型后的眼图、均衡后的眼图

未来方向：多设备连接与更高数据速率

未来版本的 C-PHY™ 和 D-PHY™ 预计将引入多设备连接（Multi-device Connectivity）。传统的摄像头和显示器架构通常基于点对点（Point-to-Point）链路。这种模式虽然简单，但当一个紧凑型产品集成了多个显示器、摄像头或传感器时，挑战就会变得越来越大。

AR眼镜便是一个典型示例。多条高速连接线需要穿过镜腿铰链或其他受到机械空间严重限制的区域。每增加一条高速链路，都会增加线缆数量、连接复杂度、机械刚度以及对长期可靠性的担忧。多设备架构旨在通过让各个端点更高效地共享连接资源，从而减少物理互连线缆的数量。

图 3：多设备连接如何减少穿过眼镜铰链受限区域的高速链路数量的概念示意图

除了多设备连接外，市场对更高数据速率的追求也未曾停止。摄像头系统是显而易见的驱动力：更高分辨率的传感器、更快的帧率、多摄像头架构以及实体AI系统，都大幅增加了必须从传感器传输到主机的数据量。

演进中的一致性测试与验证挑战

在 C-PHY™ 3.1 中，从 6线态模式向 18线态模式的转变，由于电平数量的增加，给信号质量验证带来了新的挑战。在同一个信号中压缩了更多电平后，发射机（Transmitter）特性的表征需要更仔细地检查在扩展的信号空间内的线性度、眼图张开度以及整体波形的完整性。

针对 C-PHY™ 3.1 发射机一致性测试，关键的测量指标包括 RLM（电平错位率）和 18线态模式眼图测量。这些指标用于评估多个信号电平是否保持了足够的线性度，以及眼图是否保留了充足的裕量，这使得信号质量分析成为了验证 18线态运行的核心环节。对于接收机（Receiver）特性的表征，随着物理层的不断上演进，时钟恢复行为和抖动容限依然是重要的考量因素。

对于 D-PHY™，验证工作仍需从基础做起：信号质量、定时裕量、抖动和通道行为。ECM 模式更加强调时钟恢复、抖动分析和压力测试，这使得 D-PHY™ 的验证方法更接近于其他已采用嵌入式时钟的标准。尽管底层技术可能令人熟悉，但更高的数据速率使裕量变得极为紧张，几乎没有容错空间。

是德科技（Keysight）解决方案助力下一代 MIPI 验证

验证这些物理层绝非单一层面的问题。接收机测试需要精准且经过校准的波形生成能力；发射机测试需要干净利落的信号采集与分析能力；而一致性测试工作则需要自动化、可重复性并与标准严格对齐。是德科技的角色就是通过积极参与 MIPI 标准的制定，将这些碎片连接成实用的验证工作流。

在信号生成端

Keysight M8195A 任意波形发生器（AWG）依然是 MIPI 接收机验证和前沿探索的核心平台。结合 IQTools 软件，它可以生成用于技术探索和早期验证工作的高级 C-PHY™ 和 D-PHY™ 波形。这对客户来说有一个重大益处——投资的延续性：用于前几代物理层的同一台 AWG，现在仍然是更新物理层模式和未来标准演进的参考平台。这有助于客户在为新兴技术做准备时，充分利用现有的测试资产。

图 4. 使用 M8195A 任意波形发生器（AWG）的波形生成工具IQTools生成高级 MIPI C-PHY™ 和 D-PHY™ 波形示例

在发射机特性表征端

第一要务是清晰地捕捉信号。随着信号电平之间靠得越来越近（这在 C-PHY™ 3 中尤为明显），示波器的底噪变得比以往任何时候都更加重要。接下来，还需要针对 18线态进行时钟恢复和 CTLE（连续时间线性均衡）。这正是 Infiniium 系列示波器大显身手的地方。

针对当前的发射机一致性验证，是德科技提供了诸如用于 D-PHY™ 前向时钟模式测试的 D9330DPHC 等解决方案。随着 C-PHY™ 和 D-PHY™ 的持续上演进，测试测量科学的不断发展将确保能够支持日益严苛的验证需求。

图 5. 用于 D-PHY™ 前向时钟模式（FCM）验证的 D9330DPHC 发射机一致性自动化测试软件工作流示例

结论

C-PHY™ 和 D-PHY™ 持续通过不同的技术途径演进，以解决摄像头和显示系统日益增长的带宽需求。18线态模式提高了带宽效率，ECM 模式通过嵌入式时钟恢复引入了更高效的链路架构，而未来的多设备架构则将这些优势延伸到了系统层面。这些转变带来了全新的一致性测试要求和验证挑战。凭借先进的仪器、软件自动化和深厚的标准专业知识，是德科技正助力客户满怀信心地迎接下一代 MIPI 成像技术。