一、MIPI D-PHY物理層CTS測(cè)試
MIPI D-PHY物理層測(cè)試主要涉及的測(cè)試項(xiàng)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(cè)試基于示波器和自動(dòng)化測(cè)試軟件完成,,Rx測(cè)試基于高速任意波形發(fā)生器完成,S參數(shù)涉及阻抗測(cè)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(cè)試方案總結(jié)
(一)MIPI D-PHY Tx測(cè)試概覽:
Tx測(cè)試主要基于示波器和自動(dòng)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(huì)的要求,,針對(duì)不同速率的MIPI版本示波器帶寬及選用的自動(dòng)化測(cè)試軟件如下:
圖:MIPI D-PHY Tx測(cè)試示波器帶寬及軟件推薦
對(duì)于 MIPI 芯片或模組的測(cè)試可以根據(jù) MIPI 協(xié)會(huì)推薦的方法設(shè)計(jì)評(píng)估板 TVB(Test Vehicle Board)把信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的SMA 接口輸出,,并結(jié)合協(xié)會(huì)提供的 RTB(Reference TerminationBoard)進(jìn)行信號(hào)測(cè)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(cè)試
而對(duì)于系統(tǒng)廠商如手機(jī)廠商等,,由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成,要進(jìn)行MIPI的信號(hào)測(cè)試只能使用焊接或點(diǎn)測(cè)探頭連接PCB上的實(shí)際信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,,以下是典型的連接圖:
圖:MIPI D-PHY板級(jí)測(cè)試連接
為了提高測(cè)試的效率,測(cè)試中推薦采用 4 支探頭分別連接 clk+/clk- 和 data+/data- 信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,,之所以每個(gè)差分對(duì)需要兩個(gè)探頭進(jìn)行測(cè)試是因?yàn)樵?D-PHY 的信號(hào)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(gè)差分探頭測(cè)試無法滿足DUT工作要求。對(duì)于有多條數(shù)據(jù) Lane 的情況,,可以每條 Lane 分別測(cè)試,。
測(cè)試系統(tǒng)的核心是D9020DPHC MIPI 一致性測(cè)試軟件平臺(tái),這個(gè)軟件采用圖形化的界面指導(dǎo)用戶完成測(cè)試參數(shù)的設(shè)置和連接,,并自動(dòng)完成信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試和測(cè)試報(bào)告的生成,,對(duì)用戶非常的友好,能夠極大的提高測(cè)試效率,。
MIPI D-PHY測(cè)試復(fù)雜,,需要了解它的工作原理,涉及LP模式的測(cè)試序列,、HS模式的測(cè)試序列,、HS進(jìn)入、HS退出、電壓參數(shù),、時(shí)間參數(shù)等,,如下內(nèi)容:
Section1 Tx 信號(hào)包括:
(1)數(shù)據(jù)LP-TX信號(hào):ULPS序列等,、50pF,、lane0~lane4,、DUT通常是CSI-2/DSI Master
(2)時(shí)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(jìn)入序列),、DUT是CSI-2/DSI Master,、Lane0/1(ZID=100),Lane2/3(ZID:125/80)(HS-Entry測(cè)試項(xiàng)),、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(shí)鐘HS-TX:HS Burst序列(包括LP退出/進(jìn)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(shí)鐘/數(shù)據(jù)時(shí)序要求:HS Burst序列(包括LP退出/進(jìn)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(duì)其中測(cè)試參數(shù)簡單舉例進(jìn)行說明:
1)數(shù)據(jù)信號(hào)LP-TX的VOH/VOL電平測(cè)試需要DUT數(shù)據(jù)lane0~lane3分別連到50pF電容負(fù)載板進(jìn)行測(cè)試,DUT要產(chǎn)生ULPS序列,。如何產(chǎn)生該序列,,序列有什么特點(diǎn),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(duì)端的時(shí)鐘信號(hào)是通過EXOR(Dp,Dn)獲取,。
圖:Escape mode的LP序列
(2)高速數(shù)據(jù)信號(hào)HS-TX差分電壓VOD(0),、VOD(1)是非常重要的,,關(guān)系到測(cè)量時(shí)間參數(shù)的電平標(biāo)準(zhǔn),。這里選擇基于脈沖的測(cè)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(shí)現(xiàn)直流平衡,為保證測(cè)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(duì)齊再平均處理,這種連1和連0在內(nèi)容中相對(duì)典型也可以考慮電容效應(yīng)和阻抗適配效應(yīng),。測(cè)試時(shí)考慮時(shí)鐘和數(shù)據(jù)同時(shí)測(cè)量,,需要對(duì)探頭進(jìn)行deskew,為保證電壓測(cè)量準(zhǔn)確,,需要示波器符合儀器校準(zhǔn)要求,。如果是芯片測(cè)試,那么要求lane0~3要遍歷RTB的不同負(fù)載(80/125/100),。
圖:VOD(1)測(cè)量波形
(3)高速時(shí)鐘與數(shù)據(jù)時(shí)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(gè)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(gè)連1,,校準(zhǔn)碼要求是4096個(gè)UI(0/1交替實(shí)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(duì)該序列(速率約2Gbps)進(jìn)行時(shí)間參數(shù)測(cè)量,其中Tskewcal-sync明顯沒有滿足典型16個(gè)1的時(shí)間要求,,Tskewcal明顯沒有滿足典型4096個(gè)UI的時(shí)間要求,。
圖:HS-TX Tskewcal-sync測(cè)量
圖:HS-TX Tskewcal測(cè)量
(4)芯片測(cè)試有專門的測(cè)試板TVB和RTB可以輔助用戶按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行conformance,。如果是移動(dòng)終端產(chǎn)品,,那么測(cè)量會(huì)相對(duì)復(fù)雜,,會(huì)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(cè)量參數(shù)和結(jié)果可以作為參考,全面測(cè)量通過挑戰(zhàn)很大,。
(二)MIPI D-PHY Rx測(cè)試概覽:
Rx的測(cè)試,,基于高速任意波形發(fā)生器配合自動(dòng)化測(cè)試軟件完成,,用M8190/95A生成特定的波形信號(hào)模擬MIPI D-PHY的Tx信號(hào),信號(hào)經(jīng)過示波器校準(zhǔn)后,,輸入DUT的Rx,,在DUT內(nèi)完成測(cè)試,,測(cè)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(cè)試框圖如下:
圖:MIPI D-PHY Rx測(cè)試框圖
前文中提到,,由于MIPI D-PHY信號(hào)包括高速HS和低功率LP模式,具有不同的信號(hào)振幅,、數(shù)據(jù)率和格式,,HS和LP的Rx測(cè)試模式需要在不同的信號(hào)電平、數(shù)據(jù)率和格式之間進(jìn)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(hào)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(hào)生成及測(cè)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(cè)試,,可極大的節(jié)省學(xué)習(xí)周期及測(cè)試時(shí)間。
M8085A軟件可以支持Debug和Conformance測(cè)試,。支持LP-RX電壓/時(shí)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(shí)間,、喚醒時(shí)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(shí)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(shí)間&抖動(dòng)容忍度,;HS-RX時(shí)間參數(shù)要求等,,上述這些測(cè)試項(xiàng)目通常是使用經(jīng)過校準(zhǔn)的電壓、時(shí)序等參數(shù)實(shí)現(xiàn)的測(cè)試序列HS或LP給到DUT,,通過觀察DUT是否有接收錯(cuò)誤為判定標(biāo)準(zhǔn)(可以是圖像是否正?;蛘邤?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(hào)電平/抖動(dòng)/干擾/
通道時(shí)延/時(shí)間參數(shù)/ISI/延時(shí)等可調(diào)序列
二,、MIPI D-PHY實(shí)測(cè)難點(diǎn)
由于MIPI技術(shù)協(xié)議復(fù)雜度高,,電路板集成度高等特點(diǎn),在實(shí)測(cè)中,,也有很多需要注意的點(diǎn),。我們總結(jié)了幾個(gè)平時(shí)測(cè)試中經(jīng)常需要注意的問題,希望能夠幫大家在實(shí)測(cè)中少走一些彎路,,提高效率,。
1、MIPI D-PHY信號(hào)測(cè)序項(xiàng)目多,,復(fù)雜度高
MIPI D-PHY測(cè)試項(xiàng)較多,,以Tx測(cè)試為例,總共有50多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目,,并且會(huì)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(cè)試復(fù)雜度高,雖然CTS詳細(xì)規(guī)定每個(gè)測(cè)試項(xiàng)的設(shè)置和條件,,但是如果自己手動(dòng)設(shè)置的話,,還是很容易出錯(cuò)。
這里推薦使用D9020DPHC MIPI 一致性測(cè)試軟件平臺(tái),,采用圖形化的界面指導(dǎo)用戶完成測(cè)試參數(shù)的設(shè)置和連接,,并自動(dòng)完成信號(hào)質(zhì)量的測(cè)試和測(cè)試報(bào)告的生成,不需要對(duì)CTS規(guī)范有深入的研究,,簡單的幾步設(shè)置就可以完成測(cè)試與相應(yīng)報(bào)告的輸出,,能夠極大的提高測(cè)試效率,50多個(gè)測(cè)試項(xiàng)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(cè)試的Lane數(shù)越多,,相應(yīng)的測(cè)試周期也會(huì)更長。
2,、MIPI板子密度高,,測(cè)試點(diǎn)難以直接觸及
MIPI技術(shù)主要應(yīng)用于移動(dòng)端設(shè)備,板子集成度高,,焊接點(diǎn)很小,,焊接也是D-PHY測(cè)試中的一大難題,這對(duì)于工程的水平要求很高,。當(dāng)焊接點(diǎn)不準(zhǔn)確以及引線太長都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)太差甚至信號(hào)出不來從而導(dǎo)致測(cè)試無法執(zhí)行,,如下圖1所示,板子上的信號(hào)點(diǎn)很小,。MIPI D-PHY的TX測(cè)試需要同時(shí)接入4支差分探頭(1對(duì)Data,,1對(duì)Clock),前端的正極接信號(hào),,負(fù)極接地,;在狹小的空間盡量多的引出測(cè)試信號(hào),對(duì)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(shí)提供良好的信號(hào)探測(cè)質(zhì)量,下圖2是Tx測(cè)試鏈接示意圖與實(shí)物圖,。
圖1:MIPI實(shí)測(cè)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(shí)物
3,、Tx測(cè)試時(shí)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(cè)試設(shè)備輸入端口作為測(cè)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?yàn)?MIPI D-PHY技術(shù)利用一個(gè)動(dòng)態(tài)的,、可切換的電阻端接在接收器(省電功能),,無法使用測(cè)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(cè)試測(cè)量的常用方法是利用一些測(cè)試能夠處理各種所需端接負(fù)載的測(cè)量夾具選定測(cè)試的表格(高速模式或低功耗模式測(cè)試),,使得在做Tx測(cè)試時(shí),,夾具的選擇至關(guān)重要。
一般來說,,有兩種測(cè)試夾具類型可選,,一種能夠處理所需的自動(dòng)切換終端負(fù)載另一種一次僅支持一個(gè)終端負(fù)載,用戶需要在實(shí)際測(cè)試時(shí)根據(jù)需要選擇兩種不同的夾具適配。
4,、 對(duì)通道探頭延遲進(jìn)行校準(zhǔn)
MIPI總線主要應(yīng)用于智能手機(jī)和移動(dòng)設(shè)備之中,,所以MIPI信號(hào)對(duì)射頻信號(hào)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(duì)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(dòng)態(tài)共模噪聲要小于15mVrms,要滿足這個(gè)這個(gè)指標(biāo),,除了優(yōu)化設(shè)計(jì),,還需要注意示波器本身的底噪及使用探頭時(shí),在小垂直刻度條件下,,測(cè)量噪聲盡量要??;為了得到精準(zhǔn)共模噪聲參數(shù),,需對(duì)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(cè)試組網(wǎng)
C/D-PHY采用LP和HS相結(jié)合的機(jī)制,需要注意測(cè)試組網(wǎng)的差異,,對(duì)于HS信號(hào)的眼圖測(cè)試,,例如C-PHY的三相編碼,時(shí)鐘恢復(fù)比較特殊,,需要使用連續(xù)HS碼型進(jìn)行測(cè)試,,在芯片測(cè)試中,需要通過同軸電纜直接連接到示波器,,提升測(cè)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(cè)試中HS信號(hào)如何保證幅度和共模的準(zhǔn)確性,,在C/D-PHY中,,由于信號(hào)本身有共模點(diǎn),對(duì)于HS信號(hào)的參數(shù)如眼圖,、跳變時(shí)間等測(cè)試需要將信號(hào)通過同軸電纜直接連接到示波器測(cè)試,,一般來說示波器時(shí)50ohm對(duì)地的結(jié)構(gòu),如果直接在示波器內(nèi)測(cè)量,,會(huì)導(dǎo)致共模點(diǎn)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(cè)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(cè)試中同步AWG以生成更高速率
Rx測(cè)試中,,因?yàn)樾盘?hào)的多電平特性,及需要測(cè)量eSpike等參數(shù),,為了達(dá)到未來更高速率的標(biāo)準(zhǔn)如D-PHY v3.0,,測(cè)試需要使用高性能AWG,將兩個(gè)AWG同步起來產(chǎn)生達(dá)到10G符號(hào)速率的C-PHY或D-PHY信號(hào),。
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