一,、MIPI D-PHY物理層CTS測試
MIPI D-PHY物理層測試主要涉及的測試項目包括(根據(jù)mipi_D-PHY-v2-1_CTS_v1-0):
(1)TX Timers and Signaling
(2)RX Timers and Electrical Tolerances
(3)Interface Impedance and S-Parameters
其中,,Tx測試基于示波器和自動化測試軟件完成,Rx測試基于高速任意波形發(fā)生器完成,,S參數(shù)涉及阻抗測試基于網(wǎng)絡(luò)儀或TDR完成,,如下圖總結(jié):
圖:MIPI D-PHY物理層測試方案總結(jié)
(一)MIPI D-PHY Tx測試概覽:
Tx測試主要基于示波器和自動化軟件完成,,根據(jù)MIPI D-PHY各版本的速率及規(guī)格參數(shù)需要選擇合適帶寬的示波器,按照MIPI 協(xié)會的要求,,針對不同速率的MIPI版本示波器帶寬及選用的自動化測試軟件如下:
圖:MIPI D-PHY Tx測試示波器帶寬及軟件推薦
對于 MIPI 芯片或模組的測試可以根據(jù) MIPI 協(xié)會推薦的方法設(shè)計評估板 TVB(Test Vehicle Board)把信號輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的SMA 接口輸出,,并結(jié)合協(xié)會提供的 RTB(Reference TerminationBoard)進行信號測試。RTB 板提供標(biāo)準(zhǔn)的匹配切換以及不同的線路容性的選擇,,如下圖:
圖:基于TVB(Test Vehicle Board)的MIPI D-PHY芯片或模組測試
而對于系統(tǒng)廠商如手機廠商等,,由于系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)完成,要進行MIPI的信號測試只能使用焊接或點測探頭連接PCB上的實際信號進行測試,,以下是典型的連接圖:
圖:MIPI D-PHY板級測試連接
為了提高測試的效率,,測試中推薦采用 4 支探頭分別連接 clk+/clk- 和 data+/data- 信號進行測試,之所以每個差分對需要兩個探頭進行測試是因為在 D-PHY 的信號線上HS和LP兩種模式并且這兩種模式端接方式不同,,僅僅使用一個差分探頭測試無法滿足DUT工作要求,。對于有多條數(shù)據(jù) Lane 的情況,可以每條 Lane 分別測試,。
測試系統(tǒng)的核心是D9020DPHC MIPI 一致性測試軟件平臺,,這個軟件采用圖形化的界面指導(dǎo)用戶完成測試參數(shù)的設(shè)置和連接,并自動完成信號質(zhì)量的測試和測試報告的生成,,對用戶非常的友好,,能夠極大的提高測試效率。
MIPI D-PHY測試復(fù)雜,,需要了解它的工作原理,,涉及LP模式的測試序列、HS模式的測試序列,、HS進入,、HS退出、電壓參數(shù),、時間參數(shù)等,,如下內(nèi)容:
Section1 Tx 信號包括:
(1)數(shù)據(jù)LP-TX信號:ULPS序列等、50pF,、lane0~lane4,、DUT通常是CSI-2/DSI Master
(2)時鐘LP-TX:ULPS序列等、50pF,、Clock lane,、DUT通常是CSI-2/DSI Master
(3)數(shù)據(jù)HS-TX:HS Burst序列(包括LP退出/進入序列)、DUT是CSI-2/DSI Master,、Lane0/1(ZID=100),Lane2/3(ZID:125/80)(HS-Entry測試項)、Lane0/1/2/3(ZID:100-125-80)(HS-TX Diff Voltage\Single-Ended High Voltage\Static Common-Mode Voltage&Mismatch\tR\tF),、Lane0/1/2/3(ZID:100)(HS-TX Dynamic Common-Level Variations\HS Exit)
(4)時鐘HS-TX:HS Burst序列(包括LP退出/進入序列),、DUT是CSI-2/DSI Master,、Clock(ZID:100)(HS Entry\Common-Level Variations\HS Exit\HS Clock\SSC\Period Jitter)、Clock(ZID:80/125/100)(HS-TX Diff Voltage\tR\tF)
(5)時鐘/數(shù)據(jù)時序要求:HS Burst序列(包括LP退出/進入序列),、DUT是CSI-2/DSI Master/,,ZID=100
(6)低功耗初始化序列/超低功耗序列/BTA要求:Init/ULPS/BTA序列、DUT是CSI-2/DSI Master&Device,50pF
下面針對其中測試參數(shù)簡單舉例進行說明:
1)數(shù)據(jù)信號LP-TX的VOH/VOL電平測試需要DUT數(shù)據(jù)lane0~lane3分別連到50pF電容負(fù)載板進行測試,,DUT要產(chǎn)生ULPS序列,。如何產(chǎn)生該序列,序列有什么特點,,參考如下,,DUT需要工作在LP-Escape Mode并使能ULPS命令(‘00011110’),該模式是異步模式,,采用Space-one-hot編碼,,對端的時鐘信號是通過EXOR(Dp,Dn)獲取,。
圖:Escape mode的LP序列
(2)高速數(shù)據(jù)信號HS-TX差分電壓VOD(0),、VOD(1)是非常重要的,關(guān)系到測量時間參數(shù)的電平標(biāo)準(zhǔn),。這里選擇基于脈沖的測量方法并使用平均的數(shù)據(jù)處理算法,。HS序列并沒有使用常用的編碼方式實現(xiàn)直流平衡,為保證測量一致性,、重復(fù)性和數(shù)據(jù)內(nèi)容易獲取,,這里選擇兩種參考碼型(‘011111’/’100000’)作為數(shù)據(jù)源先對齊再平均處理,這種連1和連0在內(nèi)容中相對典型也可以考慮電容效應(yīng)和阻抗適配效應(yīng),。測試時考慮時鐘和數(shù)據(jù)同時測量,,需要對探頭進行deskew,為保證電壓測量準(zhǔn)確,,需要示波器符合儀器校準(zhǔn)要求,。如果是芯片測試,那么要求lane0~3要遍歷RTB的不同負(fù)載(80/125/100),。
圖:VOD(1)測量波形
(3)高速時鐘與數(shù)據(jù)時序參數(shù)Tskewcal-sync/Tskewcal,。DUT工作速率超過1.5Gbps,需要支持clock/data的deskew,。
這要求DUT要產(chǎn)生HS Burst Sequence,,這個序列要包括LP-11/LP-01/LP-00/HS-0/同步碼/校準(zhǔn)碼/HS-TRAIL/HS-EXIT,具體序列波形如下,其中同步碼要求是16個連1,,校準(zhǔn)碼要求是4096個UI(0/1交替實現(xiàn)),。
圖:HS-TX SkewCal同步和校準(zhǔn)序列
如下展示了利用示波器針對該序列(速率約2Gbps)進行時間參數(shù)測量,其中Tskewcal-sync明顯沒有滿足典型16個1的時間要求,,Tskewcal明顯沒有滿足典型4096個UI的時間要求,。
圖:HS-TX Tskewcal-sync測量
圖:HS-TX Tskewcal測量
(4)芯片測試有專門的測試板TVB和RTB可以輔助用戶按照標(biāo)準(zhǔn)進行conformance,。如果是移動終端產(chǎn)品,那么測量會相對復(fù)雜,,會面臨空間狹小,、電磁環(huán)境復(fù)雜、負(fù)載參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)相比有差異等,,測量參數(shù)和結(jié)果可以作為參考,,全面測量通過挑戰(zhàn)很大。
(二)MIPI D-PHY Rx測試概覽:
Rx的測試,,基于高速任意波形發(fā)生器配合自動化測試軟件完成,,用M8190/95A生成特定的波形信號模擬MIPI D-PHY的Tx信號,信號經(jīng)過示波器校準(zhǔn)后,,輸入DUT的Rx,,在DUT內(nèi)完成測試,測試結(jié)果可以通過讀取DUT的Error Counter或通過PPI接口讀取DUT內(nèi)部數(shù)據(jù)或者觀察圖像信息等,,尤其是LP-RX這取決于DUT的能力,。系統(tǒng)測試框圖如下:
圖:MIPI D-PHY Rx測試框圖
前文中提到,由于MIPI D-PHY信號包括高速HS和低功率LP模式,,具有不同的信號振幅,、數(shù)據(jù)率和格式,HS和LP的Rx測試模式需要在不同的信號電平,、數(shù)據(jù)率和格式之間進行無縫切換,。而MIPI的D-PHY CTS(Conformance Test Suite)定義了一系列不同的信號設(shè)置和校準(zhǔn)規(guī)范,用M8085DC1A可以完成自助地完成上述的校準(zhǔn),,信號生成及測試的過程,,可以讓用戶在不需要深入學(xué)習(xí)CTS規(guī)范的前提下完成快速設(shè)置與測試,可極大的節(jié)省學(xué)習(xí)周期及測試時間,。
M8085A軟件可以支持Debug和Conformance測試,。支持LP-RX電壓/時序涉及輸入電壓高低、遲滯,、小脈寬響應(yīng),、干擾容限、競爭監(jiān)控閾值,;LP-Rx行為要求涉及初始化時間,、喚醒時間、無效/終止序列,、忽略Post-Trigger-Command Extra bits命令的Escape Mode序列,、暫未支持命令的Escape Mode序列;HS-RX電壓/建立-保持時間要求涉及共模電壓容限,、差分輸入高電平閾值,、單端輸入高電平/低電平閾值,、正弦共模干擾容忍度、建立-保持時間&抖動容忍度,;HS-RX時間參數(shù)要求等,上述這些測試項目通常是使用經(jīng)過校準(zhǔn)的電壓,、時序等參數(shù)實現(xiàn)的測試序列HS或LP給到DUT,,通過觀察DUT是否有接收錯誤為判定標(biāo)準(zhǔn)(可以是圖像是否正常或者數(shù)據(jù)是否正確),。
圖:M8085A可編輯生成HS Burst等
多種格式的數(shù)據(jù)序列
圖:M8085A可產(chǎn)生CSI/DSI格式的幀
圖:M8085A可生成信號電平/抖動/干擾/
通道時延/時間參數(shù)/ISI/延時等可調(diào)序列
二,、MIPI D-PHY實測難點
由于MIPI技術(shù)協(xié)議復(fù)雜度高,電路板集成度高等特點,,在實測中,,也有很多需要注意的點。我們總結(jié)了幾個平時測試中經(jīng)常需要注意的問題,,希望能夠幫大家在實測中少走一些彎路,,提高效率。
1,、MIPI D-PHY信號測序項目多,,復(fù)雜度高
MIPI D-PHY測試項較多,以Tx測試為例,,總共有50多個測試項目,,并且會隨著High-Speed Data Rate的數(shù)值大小和DUT依據(jù)規(guī)范的版本不同有所變化,測試復(fù)雜度高,,雖然CTS詳細(xì)規(guī)定每個測試項的設(shè)置和條件,,但是如果自己手動設(shè)置的話,還是很容易出錯,。
這里推薦使用D9020DPHC MIPI 一致性測試軟件平臺,,采用圖形化的界面指導(dǎo)用戶完成測試參數(shù)的設(shè)置和連接,并自動完成信號質(zhì)量的測試和測試報告的生成,,不需要對CTS規(guī)范有深入的研究,,簡單的幾步設(shè)置就可以完成測試與相應(yīng)報告的輸出,能夠極大的提高測試效率,,50多個測試項目完整執(zhí)行下來只需要20~30分鐘,。值得注意的是,DUT需要測試的Lane數(shù)越多,,相應(yīng)的測試周期也會更長,。
2、MIPI板子密度高,,測試點難以直接觸及
MIPI技術(shù)主要應(yīng)用于移動端設(shè)備,,板子集成度高,,焊接點很小,焊接也是D-PHY測試中的一大難題,,這對于工程的水平要求很高,。當(dāng)焊接點不準(zhǔn)確以及引線太長都會導(dǎo)致信號太差甚至信號出不來從而導(dǎo)致測試無法執(zhí)行,如下圖1所示,,板子上的信號點很小,。MIPI D-PHY的TX測試需要同時接入4支差分探頭(1對Data,1對Clock),,前端的正極接信號,,負(fù)極接地;在狹小的空間盡量多的引出測試信號,,對探頭前端的體積也提出了很高的要求,;這里推薦采用N5425B系列探頭前端配合116xB系列探頭放大器,在保持探頭小體積的同時提供良好的信號探測質(zhì)量,,下圖2是Tx測試鏈接示意圖與實物圖,。
圖1:MIPI實測探頭焊接連接圖
圖2:4支1169B探頭連接25G帶寬示波器示意
與N5425B探頭前端實物
3、Tx測試時夾具的選擇
在一些利用靜態(tài)的高速串行技術(shù)(如PCI Express,、SATA 等)中,,通常使用測試設(shè)備輸入端口作為測量的參考終端負(fù)載來完成100歐姆差分基準(zhǔn)端接環(huán)境。但是,,因為 MIPI D-PHY技術(shù)利用一個動態(tài)的,、可切換的電阻端接在接收器(省電功能),無法使用測試設(shè)備,,即示波器作為參考終端,,這種可切換的100 歐姆差分參考電阻終端在高速(HS)操作模式下啟用,在低功耗(LP)模式下禁用(打開終端環(huán)境),。
執(zhí)行 MIPI D-PHY 測試測量的常用方法是利用一些測試能夠處理各種所需端接負(fù)載的測量夾具選定測試的表格(高速模式或低功耗模式測試),,使得在做Tx測試時,夾具的選擇至關(guān)重要,。
一般來說,,有兩種測試夾具類型可選,一種能夠處理所需的自動切換終端負(fù)載另一種一次僅支持一個終端負(fù)載,,用戶需要在實際測試時根據(jù)需要選擇兩種不同的夾具適配,。
4、 對通道探頭延遲進行校準(zhǔn)
MIPI總線主要應(yīng)用于智能手機和移動設(shè)備之中,,所以MIPI信號對射頻信號的干擾非常重視,,通常來說EMI由所以共模噪聲引起,規(guī)范對共模噪聲有嚴(yán)格的要求,如D-PHY v2.1標(biāo)準(zhǔn)要求450MHz以上的動態(tài)共模噪聲要小于15mVrms,,要滿足這個這個指標(biāo),,除了優(yōu)化設(shè)計,還需要注意示波器本身的底噪及使用探頭時,,在小垂直刻度條件下,,測量噪聲盡量要小,;為了得到精準(zhǔn)共模噪聲參數(shù),,需對通道探頭延遲做校準(zhǔn),減少因通道延遲引入的共模參數(shù),。
5、LP和HS測試組網(wǎng)
C/D-PHY采用LP和HS相結(jié)合的機制,,需要注意測試組網(wǎng)的差異,,對于HS信號的眼圖測試,例如C-PHY的三相編碼,,時鐘恢復(fù)比較特殊,,需要使用連續(xù)HS碼型進行測試,在芯片測試中,,需要通過同軸電纜直接連接到示波器,,提升測量信噪比和眼圖裕度。
6,、校準(zhǔn)工模電平以獲得準(zhǔn)確幅度參數(shù)
MIPI芯片測試中HS信號如何保證幅度和共模的準(zhǔn)確性,,在C/D-PHY中,由于信號本身有共模點,,對于HS信號的參數(shù)如眼圖,、跳變時間等測試需要將信號通過同軸電纜直接連接到示波器測試,一般來說示波器時50ohm對地的結(jié)構(gòu),,如果直接在示波器內(nèi)測量,,會導(dǎo)致共模點電平減少,為了保證準(zhǔn)確的共模電平及幅度,,需要使用N7010A端接適配器,,在C/D-PHY測試軟件中,通過N7010A校準(zhǔn),,校準(zhǔn)共模電平,,從而得到準(zhǔn)確幅度參數(shù)
7、 Rx測試中同步AWG以生成更高速率
Rx測試中,,因為信號的多電平特性,,及需要測量eSpike等參數(shù),為了達到未來更高速率的標(biāo)準(zhǔn)如D-PHY v3.0,測試需要使用高性能AWG,,將兩個AWG同步起來產(chǎn)生達到10G符號速率的C-PHY或D-PHY信號,。
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