Granite River Labs, GRL
Allen Chen
디지털 전송 기술의 비약적인 발전으로 휴대 기기는 사람들의 일상 생활에서 없어서는 안 될 표준 장비가 되었습니다.소비자 시장의 큰 수요에 힘입어 휴대 기기에 적용되는 다양한 고속 전송 기술도 채택되었습니다. 이러한 수요에 따라 MIPI(Mobile Industry Processor Interface)가 등장하게 되는, MIPI는 핸드헬드 기기의 Application Processor에서 사용할 수 있는 통신 인터페이스로 예를 들어 우리가 일상적으로 사용하는 휴대폰 카메라의 Application과 통신하는 기능입니다. 예를 들어, 우리가 매일 사용하는 휴대폰 카메라는 MIPI C / D-PHY의 CSI 프로토콜을 통해 휴대폰의 애플리케이션 프로세서와 통신하여 사용자가 휴대폰의 카메라 기능을 통해 사진을 찍을 수 있도록 하는 기능입니다.
(출처：https://www.mipi.org/about-us）
디지털 인터페이스의 테스트를 위해 대부분의 테스트는 테스트의 조건, 방법 및 항목을 명확하게 정의하는 소위 테스트 사양(CTS, Compliance Test Specification)이 있으며 MIPI도 예외는 아니지만 MIPI의 특별한 점은, MIPI Alliance에서 개발한 이 테스트 문서는 사양 준수 테스트 문서(Conformance Test Suit, CTS) 또는 적합성 테스트 문서라고 할 수 있으며, 사양 적합성 테스트 (컴플라이언스 테스트, Compliance Test Suit, CTS) 는 본질적으로 다릅니다. 준수 테스트는 테스트 문서에 따라 테스트할 수 있으며, 사양 적합성은 소위 인증 절차를 따라야 합니다. 사양 작성 기관의 웹 사이트에 나열된 현재 디스플레이 포트 (DP라고 함)는 사양 적합성 테스트 범주에 속합니다.
현재 최신 MIPI D-PHY 사양 버전은 2021년 7월에 출시된 버전 3.0이며 채널 속도는 4.5Gbps에서 9.0Gbps로 증가했으며 D-PHY의 최신 CTS 버전은 2018년 12월에 출시된 2.1입니다. MIPI D-PHY는 클록 채널과 데이터 채널을 기반으로 한 마스터-슬레이브 구조로 동기화에 사용되는 클록 신호는 해당 채널에서 소스 기기가 보내게 되며, 그림 2의 기능 블록도와 같이 알 수 있는 것은 MIPI D-PHY 가장 기본적인 구성은 단일 클록 및 데이터 채널, 총 4개의 신호 라인, 각각의 양수 및 음수 신호를 독립적으로 제어할 수 있으며, D-PHY는 데이터 채널에서 두 가지 작동 모드로 나뉩니다.
현재 MIPI C-PHY 사양 버전은 2.1로 2021년 7월에 출시될 예정입니다. 이전 버전과 비교하여 채널 속도가 3.5Gsps에서 6.0Gsps로 증가했으며 최신 CTS 버전은 2.0으로 2020년 4월에 출시될 예정입니다. 다음으로 MIPI C-PHY의 아키텍처에 대해 설명합니다. MIPI C-PHY의 고속 전송 채널은 3 개의 와이어로 구성된 마스터-슬레이브 아키텍처입니다 (그림 2). 블록 다이어그램에서 C-PHY에는 클록 채널이 없으며 D-PHY와 같은 두 가지 전송 모드, 즉 저전력 (저전력, LP) 모드와 고속 (고속, HS) 모드가 있음을 알 수 있습니다. 저전력 모드는 주로 인터페이스 제어 신호 전송에 사용되지만 저속 데이터 전송에도 사용할 수 있으며, 고속 전송 모드는 3상 코딩을 사용하여 채널 데이터를 16비트의 7가지 심볼로 인코딩하고 5가지 값으로 표시합니다. 코딩 이득은 2.28이며, 즉 각 심볼은 2.28비트를 나타낼 수 있습니다.
D-PHY와 마찬가지로 C-PHY의 데이터 전송 메커니즘은 프로토콜 계층 통신을 통해 완료됩니다. 각 채널의 데이터 전송 시작과 종료는 독립적 일 수 있지만 애플리케이션 수준에서 대부분의 데이터 전송 시작은 동기식이지만 종료는 분리 될 수 있습니다. 이는 C-PHY가 데이터 전송 바이트 처리에서 동일하지 않기 때문입니다. 전송 채널은 또한 정의 된 데이터 속도로 데이터 전송을 유연하게 선택할 수 있습니다. 단일 채널에서 최대 6Gsps의 데이터 속도를 전송할 수 있습니다. 또한 C-PHY와 D-PHY는 특성이 유사하기 때문에 설계 시 동일한 전송 채널에 공존할 수 있습니다.
그림 2: MIPI C-PHY Block Diagram
（출처：MIPI Specification for C-PHY Version 2.1）
MIPI C-PHY의 고속 전송은 3상 코딩 원리를 기반으로 합니다. 작동 원리는 그림 3을 참조하세요. 먼저 송신기에서 수신기로 데이터를 전송하는 과정을 통해 C-PHY 바이트와 채널 상태 간의 관계를 설명합니다. C-PHY 고속 데이터 전송은 먼저 16 비트 데이터 바이트를 16 비트에서 7 문자 (심볼) 변환 모듈 메커니즘을 통해 변환하고 각 문자는 3 비트로 표시되므로 내부적으로 21 비트 폭이 형성됩니다. 그런 다음 3 라인 데이터 처리를 용이하게하기 위해 직렬 변환을 통해 데이터를 3 비트 데이터 폭으로 배열 한 다음 심볼을 통해 3 라인 패턴 (VA, VB, VC) 출력으로 인코딩하고 물리적 전송 라인은 그림 4와 같이 실제로 사용되는 6 라인 상태 (5 라인 상태 전환)가 3 상 인코딩으로 표현됩니다. 이것은 16비트 데이터를 전송해야 하기 때문에 채택된 데이터 전송 인코딩입니다. 수신 측에서 수신하면 회선 상태도 같은 방식으로 16비트 데이터로 디코딩됩니다. 여기서는 문자 인코딩 모듈이 수신한 3비트 데이터의 의미를 설명합니다. 이 3비트 데이터는 다음 줄 상태 전환의 결과를 결정합니다. 이 중 FLIP 비트는 양수 상태와 음수 상태만 바뀌고 선 상태는 변하지 않음을 의미합니다. 회전 비트는 라인 상태 전환의 방향이 시계 방향인지 시계 반대 방향인지를 나타냅니다. 마지막 극성 비트는 다음 라인 상태의 양극과 음극을 결정합니다.
（출처：MIPI Specification for C-PHY Version 2.1）
그림 4: MIPI C-PHY Six Wire States
（출처：MIPI Specification for C-PHY Version 2.1）
D-PHY와 비교하면 C-PHY의 동작은 D-PHY와 매우 유사합니다. 예를 들어, D-PHY의 채널 전송 상태 전환은 LP-00, LP-01을 사용하며 LP-11의 세 가지 저속 신호 상태가 수행됩니다. 동일한 C-PHY도 유사한 작동 메커니즘을 가지고 있습니다. C-PHY는 채널에서 저속 상태 신호 LP-111, LP-001 및 LP-000의 스위칭을 통해 채널 전송을 달성합니다. 모드 변환도 고속 모드에서 저전력 모드로 전환하는 것과 유사하지만 C-PHY는 3선 아키텍처를 기반으로 한다는 점이 다릅니다. 유일한 큰 차이점은 아래 그림과 같이 고속 전송 중에 채널에 데이터가 표시되는 방식입니다. 위의 비교는 D-PHY와 C-PHY 채널 전송의 차이점을 보여줍니다.
（출처：MIPI Specification for C-PHY Version 2.1）
C-PHY의 측정 환경 및 연결 방법은 오실로스코프 프로브를 통해 채널의 3선식 패턴 출력(VA, VB, VC) 신호를 측정하는 것입니다. 고속 전송 모드의 측정 결과는 그림 6에 나와 있습니다.
（출처：Keysight Technologies）
위의 소개를 MIPI C-PHY는 인코딩이 상대적으로 복잡하고 채널 활용도가 높습니다. 마찬가지로 MIPI D-PHY와 C-PHY는 모두 표준 설계에서 낮은 전력 소비, 고성능 및 효과적인 전자기 간섭 방지 기능을 갖추고 있습니다. 앞으로 휴대 기기의 빠른 발전을 위해 MIPI C-PHY와 MIPI D-PHY가 사용될 것으로 예상할 수 있습니다.
References
Author
GRL Taiwan, Allen Chen
그는 ITRI, Sunplus, XinzeDigital 및 기타 회사에서 15년 이상의 R&D 경험을 가지고 있으며 그의 전문 분야는 IP 검증, SI/PI 시뮬레이션, Mipi, HDMI, DisplayPort, DDR 및 기타 기술 및 사양 연구입니다.
이 문서의 사양 및 설명은 사전 통지 없이 변경될 수 있습니다.
Release date 2022/03/14 AN-220314-TW