摘要

MIPI是Mobile Industry Processor Interface（行動產業處理器界面）的簡稱。本文將介紹MIPI體系結構中之物理層規格，并分別說明D-PHY和C-PHY的特性與優點。接著分享MIPI在車用電子之發展與挑戰中的觀點與M31所能提供的專業MIPI技術服務。

MIPI與物理層IP結構圖

MIPI協會為一開放的會員制組織，2003年7月，由德州儀器（TI）、意法半導體（ST）、安謀（ARM）和諾基亞（Nokia），四家公司共同成立。十余年間，此規格蓬勃發展，大量應用在手機、穿戴式產品等行動裝置，其中包含顯示、鏡頭、儲存、橋接等訊號收發，都采用MIPI協會所制定的各項標準。時至今日，MIPI也陸續導入人工智能和車用電子等應用，與人類生活中所使用到的各項電子產品緊密結合。

在MIPI體系結構中，包含應用層（Application Layer）、協議層（Protocol Layer）和物理層（PHY Layer）。其中，物理層負責處理訊號在實體信道傳輸。M31物理層IP框架圖中（圖一），主要包含PCS（Physical Coding Sub layer，物理編碼子層）和PMA（Physical Medium Attachment，物理媒體銜接層）兩個部分。PCS是利用PPI（PHY Protocol Interface，實體協議接口）與MIPI控制器做溝通，實現數據傳輸，以及各種模式切換; PMA則是包含了對外傳輸所需要的模擬電路，包含頻率產生器，發射機，以及接收機等等。M31在PPI的部分維持標準化設計，提高與各大MIPI廠家的控制器兼容度；另一方面，我們并同時預留了一些特化的邊帶控制訊號，來滿足客戶對于多樣化的應用需求。

隨著訊號數據量越來越大，除了提升操作速度外，MIPI協會更提出了一系列的物理層，包含M-PHY、D-PHY和C-PHY。下面的段落中，將針對D-PHY和C-PHY的特性與優點做進一步的介紹。

D-PHY特性與優點

D-PHY的架構包括一條頻率通道（Clock Lane），以及一條或多條數據信道（Data Lane），其中頻率信道皆為單向信道，而數據信道可為單向或雙向通道。物理層主要分為HS（High Speed）、LP（Low Power）和ALP（Alternate Low-Power）三種工作模式。HS模式為低電壓之差分訊號，依目前最新的D-PHY v3.0，最高的傳輸速率為11Gbps；LP模式則為單端訊號，應用為低速傳輸（<10Mbps），相對地，耗電也非常低；ALP模式則是透過HS電路模塊進行低速傳輸，縮短系統在HS和LP切換過程之等待時間。透過各種模式的搭配可優化D-PHY功耗，而藉由頻率通道，從發射端傳送高速DDR（Double Data Rate）訊號至接收端，可使接收端之CDR（Clock and Data Recovery，頻率數據回復）電路設計更為簡易。

在數據信道的雙向功能方面，能應用于逃逸模式（Escape Mode）以及狀態和顯示模塊信息的傳輸。雙向傳輸分為兩種方式，分別為基于LP模式之Control Mode Lane Turnaround和ALP模式之Fast Lane Turnaround，前者為傳統實現方式，后者則為D-PHY v2.5之后提出的新方式。Fast Lane Turnaround具備即便在單向和雙向傳輸間切換，也不耗費進出LP模式所需之等待時間，雖需在發射機與接收機加入高速收發電路，但對于整體數據產出（Data Throughput）的提升是十分可觀的。M31 IP針對上述兩種雙向傳輸方式皆能支持，并同步優化電路布局面積。

C-PHY特性與優點

因應訊號數據量日益遽增，C-PHY應運而生，其架構為A/B/C三信道系統，頻率嵌入數據訊號中，沒有頻率通道，此目的為增加帶寬，并對數據進行編碼。首先，將16 bits的訊號轉換為7個符號（Symbol），每個符號都藉由三條通道傳輸，并使用6個線狀態（Wire States）達成5個線狀態轉換（Wire States Transitions），如C-PHY規格書中擷取之圖三所示。每3 bits的訊號會決定下個線狀態轉換，其中Flip代表訊號正負改變而線狀態不變，Rotation代表線狀態為順時針或逆時針變化，Polarity代表線狀態的正負極性變化。

物理層同樣分為三種工作模式。HS模式為低電壓之三相符號編碼訊號，并透過兩兩相減，得到傳統的差分訊號（圖四），編碼增益則為2.28（16/7）。依目前最新的C-PHY v2.1，最高的傳輸速率為8Gsps；LP和ALP模式則與D-PHY相似。雙向傳輸同樣可支持Control Mode Lane Turnaround和Fast Lane Turnaround兩種方式。C-PHY省去了頻率通道，改善D-PHY存在的EMI（Electromagnetic Interference，電磁干擾），更進一步地降低所需之功耗，并藉由編碼增益，在節省腳位數（Pin Count）的情況下，達到訊號傳輸量(圖五)。

MIPI在車用電子的發展與挑戰

近年車用電子應用需求顯著提升，相對于消費性電子的差異在于，對于抗高溫和故障率等可靠度和安全標準都有嚴格要求，因此，在開發車用IP必須考慮AEC-Q100和ISO26262等驗證規范，并通過相關功能認證。此外，MIPI也極度廣泛應用于車載，包含顯示端應用如導航、中控臺、儀表板以及娛樂系統等；鏡頭端的應用如環景偵測、駕駛狀態監測、ADAS等。

目前，M31在MIPI M-PHY、MIPI D-PHY Transceiver IP及設計流程皆已獲得ISO26262認證，將能提供ASIL-B規格的高質量IP。

M31專業MIPI技術服務

M31已于MIPI領域耕耘十年時間，擁有專業的技術團隊，提供技術節點55nm至5nm，團隊不只專注于IP開發，也同時具備完整的技術支持服務，在與顯示技術、智能影像偵測等多媒體芯片設計公司，乃至車用電子芯片設計公司皆有豐富的合作經驗，并已建構完整的量測設備，從訊號質量分析、電氣特性量測到系統兼容性測試，皆與客戶保持密切合作。累積至今，M31在MIPI領域已針對不同需求有完整的布局，更能從產品應用上提出芯片設計優化方案，進一步提高客戶產品競爭力。