解讀MIPI A-PHY與車載Serdes芯片技術與測試

新一期的“芯科技”

又與大家見面了！

上一期，《汽車芯片標準體系建設指南》技術解讀與功率芯片測量概覽中，我們給大家介紹了工信部印發(fā)的《汽車芯片標準體系建設指南》涉及到的重點芯片與測試領域解讀，本期繼續(xù)給大家做延展，我們解讀的是MIPI A-PHY與車載Serdes芯片技術與測試。

車載Serdes芯片的重要性

汽車智能駕駛時代，特別是輔助駕駛/自動駕駛的普及，環(huán)境感知已成為汽車行業(yè)中一個新興的關鍵技術領域，車載攝像頭的數(shù)量、分辨率快速增加；大量數(shù)據(jù)需要高速率、高寬帶的傳輸，使得高性能車載Serdes芯片成為核心零部件之一，如下圖是自動駕駛架構框圖，Serdes/MIPI A-PHY承擔了自動駕駛ADAS芯片與攝像頭之間的高速數(shù)據(jù)互聯(lián)。

圖：ADAS系統(tǒng)與攝像頭互聯(lián)示意圖

目前，從車載攝像頭到車載顯示器、ADAS域控制器、座艙域控制器等都在使用車載通信Serdes芯片，以實現(xiàn)視頻信號和實時數(shù)據(jù)傳輸。

車載Serdes主流技術標準概況

目前車載Serdes的標準眾多，私有協(xié)議包括TI德州儀器的FPD-Link標準，ADI（美信）的GMSL，Inova Semiconductors的APIX，以及羅姆的Clockless Link等。

公開標準目前主要是3個，MIPI A-PHY和ASA，以及中國的HSMT標準。

MIPI A-PHY的陣營的參與者包括寶馬、豐田、博世、電裝、采埃孚、英特爾、微軟、松下、高通等。2018年，MIPI AWG（Automotive Working Group）成立，旨在引入名為MASS（MIPI Automotive SERDES Standard）的通用通信框架鋪平道路。2021年，MIPI聯(lián)盟最近發(fā)布了MIPI A-PHY v1.0，這是第一個汽車長距離串行器/解串器（Serdes）物理層接口規(guī)范。

目前MIPI A-PHY的最新標準版本是MIPI A-PHY v1.1.1 (May 2023)。

MIPI A-PHY CTS V1.0標準解讀

高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的首要目標，是確保車內(nèi)駕乘人員和周邊行人的安全。只有在接收機以合格的比特誤碼率運行時，子系統(tǒng)才能正常工作。值得注意的是，接收機測試已經(jīng)納入MIPI A-PHY所涉各種相關規(guī)范的合規(guī)性測試規(guī)范（CTS）。在測試Serdes物理層（PHY）信號時，了解它以什么方式發(fā)送消息，然后在另一端以什么方式接收消息至關重要?；谧钚碌腃TS v1.0，我們可以涵蓋整個物理層測試一致性測試，首先是信號完整性測試，目的是消除來自其他源頭的失真、反射、衰減和/或耦合噪聲。其次，要在更高層級驗證被測器件（DUT）的功能以 及 PHY與 ECU之間的信號傳輸，了解信號傳輸是否劃分了正確的優(yōu)先級。最后，您需要將DUT放到一系列壓力環(huán)境中，并識別它在哪個階段發(fā)生故障，這對整個系統(tǒng)的測試都至關重要。

Serdes/A-PHY測試概覽與關鍵

Serdes芯片的測試，一般可以歸納為：發(fā)射機測試，接收機測試與鏈路測試3類，下面我們分別就幾類測試與關鍵的測試點，做一個詳細的介紹。

支持的標準包括：

?MIPI A-PHY 1.0 CTS version 0.9

?ASA 1.1 CTS version 0.2

? GMSL2

Serdes/A-PHY發(fā)射機測試

Serdes/A-PHY的發(fā)射機Tx測試，主要利用示波器配合是德科技的專有軟件完成，如下圖是一個典型的差分SMA連接的發(fā)射機測試框圖。

圖：差分連接的發(fā)射機Tx測試框圖

采用UXR系列示波器作為信號接收，以得到優(yōu)異的底噪和抖動性能，配合Keysight AE2010T 汽車 Serdes 發(fā)射機測試應用軟件，測試時能夠自動配置示波器，并提供詳盡的測試結果，其中包含裕量和統(tǒng)計分析結果，一般的測試項如下：

圖：MIPI A-PHY 1.0 CTS 第 0.9 版測試項

圖：ASA 1.1 CTS 第0.2版測試項

圖：GMSL2測試項

發(fā)射機測試關鍵測試點包括：

可以執(zhí)行基于Serdes協(xié)議（含 MIPI A-PHY和 ASA）的驗證測試，以及如下的測試項

? 頻率

? 失真

? 抖動

? 壓降

? MDI回波損耗

詳細的內(nèi)容，可以參考文末的資料下載內(nèi)容，發(fā)射機測試部分。

Serdes/A-PHY接收機測試

Serdes/A-PHY的接收機Rx測試，相對比較復雜，需要借助高速任意波形發(fā)生器來完成，測試項也相對較多，如下是一個典型的Rx測試框圖，借助M8195A任意波形發(fā)生器，產(chǎn)生帶壓力的信號，通過AE2090B夾具加噪聲，控制軟件AE2010R單獨在PC上運行。

圖：接收機Rx測試框圖

關鍵測試點包括：

接收機負責解碼通過鏈路發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后將其傳送給 ECU 或顯示設備做進一步處理。接收機一旦出現(xiàn)誤碼，會導致來自安全關鍵型傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）的數(shù)據(jù)丟失或損壞。

傳統(tǒng)的接收機功能越來越不適應 PAM-4 等復雜的調(diào)制方案，特別是通過長信道傳輸信號、受到多種噪聲源同時干擾的情況。為了表征接收機的性能，工程師必須測量其在受到多個噪聲源干擾時的誤碼水平，包括：

? 窄帶干擾

? 大電流注入

? 在線瞬變

? 線外串擾

測量系統(tǒng)可以包括噪聲源、放大器和耦合電路，以便向有源 Serdes 鏈路注入精確的噪聲電平。接收機必須在受到噪聲干擾的情況下也能正確解釋符號。接收機測試的重點在于，確保接收機在受到干擾時仍能保持較低的比特誤碼率（BER）。

如下是接收機測試的視頻，

供大家參考學習。

更多接收機Rx和噪聲測試的內(nèi)容，可以參考文末的文章下載，接收機測試與噪聲部分。

Serdes/A-PHY鏈路測試

Serdes的鏈路測試包括了連接器，電纜，轉接頭等的測試，通常是用網(wǎng)絡分析儀配合一系列的轉接頭等來完成，下圖是典型的Serdes傳輸通道示意圖：

圖：Serdes/MIPI A-PHY傳輸通道示意圖

可以看到，不同的ECU之間，通過高速的電纜連接，而不同廠家可以采用不同的轉接和電纜的標準，鏈路測試需要全面的評測端到端的鏈路性能，符合Serdes/MIPI A-PHY的標準要求。

鏈路測試，可以采用AE2000L鏈路一致性測試系統(tǒng)來完成，可以根據(jù)需求來需求來選擇不同類型的網(wǎng)絡儀，包括高性能的ENA系列，多端口的PXI模塊以及高性價比的USB網(wǎng)絡分析儀組建測試系統(tǒng)，配合AE2010L自動化測試軟件，能夠很容易的完成鏈路測試從校準到報告輸出的過程。

關鍵測試點包括：

Serdes 鏈路的通道表征包括時域和頻域分析。工程師需要查看線纜連接系統(tǒng)、MDI、夾具和測試系統(tǒng)要求。目前還沒有針對 MDI 連接器的統(tǒng)一標準，但已經(jīng)出臺了一些嚴格的規(guī)范，這有助于減少 MDI 和電纜之間的相互作用。

我們在進行通道測試時，需要查看是否有以下錯誤：

? 阻抗失配

? 信號失真或缺陷

? 電纜之間的串擾

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術帶入生活。作為一家標準普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進的設計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產(chǎn)品生命周期中更快地完成開發(fā)和部署，同時控制好風險。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動化、航空航天與國防、汽車、半導體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個安全互聯(lián)的世界。