Title

F1 MIPI 規格動向と測定ソリューション テクトロニクス イノベーション フォーラム 2012 宮崎強 www.tektronix.com/ja

はじめに MIPI 技術の概要 MIPI Alliance は Mobile Industry Processor Interface Alliance を意味する 特に MIPI D-PHY 規格ではカメラやディスプレイとのインタフェースの物理層を規定 ディスプレイとのインタフェース プロトコルは DSI 規格 (Display Serial Interface) にて規定 カメラとのインタフェース プロトコルは CSI-2 規格 (Camera Serial Interface- 2) にて規定 MIPI M-PHY 規格では RF フラッシュ メモリ モデム ブリッジ チップとのインタフェースも視野に入れた物理層を規定 プロトコルは DigRF UniPro(Unified Protocol) UFS(Universal Flash Storage) LLI(Low Latency Interface) CSI-3 など Tektronix は MIPI Alliance の Contributor メンバー 2

1.MIPI D-PHY の概要 MIPI D-PHY は 電気仕様を定めた物理レイヤで その上位に Display Serial Interface(DSI) や Camera Serial Interface(CSI-2) などのプロトコルが位置する クロック 1 レーン + 1 レーン以上のデータ レーン 3 2Data Lane PHY の構成例

MIPI D-PHY 概要 クロックとデータによる伝送でクロックは DDR 動作 2 つの伝送モード Low Power モード (LP) と High Speed モード (HS) があり LP モードと HS モードがダイナミックに遷移 LP モード HS モード LP モード 4

MIPI D-PHY 概要 5 最大 4 データ レーン + 1 クロック レーンによる伝送 各レーンの最大データ レート HS モードは 80 Mbps ~ 1.5Gbps (D-PHY 規格 V.1.1) (UI の変動は ±10% 以下 1Gbps 超では ±5% 以下 ) LP モードは 10 Mbps 以下 ( 主にコマンドの伝送用だがデータ伝送もあり ) HS 信号の Tr/Tf(20-80% 立上り時間 / 立下り時間 ) は最小 150ps と規定 1Gbps 超のシステムでは最小 100ps (D-PHY 規格 V.1.1) 最大 0.35UI 信号方式は HS と LP の各モードで異なる HS モードは LVDS で C を介して GND に 50Ω 終端 ( 差動 100Ω) LP モードは終端抵抗無しのシングルエンド動作 双方向伝送または片方向伝送 最近の高分解能ディスプレイや高分解能カメラの採用により 4Data レーン + 1Clock レーン構成の採用が増えています また 将来の高分解能化に向けた模索が行われています

D-PHY Tx 信号レベル 1.3V 1.1V 880mV 550mV 1.2V 270mV 250mV 140mV 150mV HS モード ( 差動信号 ) 6

D-PHY Rx 信号レベル 1.3V 880mV 550mV 460mV 330mV 70mV 70mV 7

Tx Data Lane の HS/LP 遷移タイミング TREOT (30% to 85% の Tr/Tf ) は 35ns 以下 8

Tx Clock Lane の HS/LP 遷移タイミング 9

HS の Data と Clock 間のタイミング TSETUP は Tx では 0.35UI 以上 Rx では 0.15UI 以上 THOLD は Tx では 0.35UI 以上 Rx では 0.15UI 以上 10 1Gbps 超では TSETUP は Tx では 0.30UI 以上 Rx では 0.20UI 以上 THOLD は Tx では 0.30UI 以上 Rx では 0.20UI 以上

LPDT LPDT(Low Power Data Transmission) では レシーバが Dp と Dn の EXOR でクロックを再生 TRLP/TFLP (Tx LP Data の 15% to 85% Tr/Tf ) は 25ns 以下 11

MIPI DSI の論理層 Multi Data Lane 伝送 4 データ レーン構成時の伝送 12

MIPI DSI の論理層 DSI ロング パケット フォーマット DSI ショート パケット フォーマット 13

MIPI DSI の論理層 複数パケットの HS 伝送 複数パケットの連続 HS 伝送 LPS では差動 100Ω 終端が切り離され 低消費電力となる 14

MIPI CSI-2 の論理層 CSI-2 ロング パケット フォーマット CSI-2 ショート パケット フォーマット 15

MIPI CSI-2 の論理層 複数パケットの HS 伝送 LPS では差動 100Ω 終端が切り離され 低消費電力となる 16

2.MIPI D-PHY 測定ソリューション必要なオシロスコープの周波数帯域は? 高速デジタル信号は一般的に方形波 2.0ns (500MHz) 周波数領域で見ると 方形波は基本波と奇数高調波により構成 方形波の基本波周波数 ( 最高 )= ビット レート (NRZ)/2 例 : 1Gbps の場合 500MHz 方形波では 5 次高調波までの捕捉が目安 実際は立上り時間 Tr(20-80%) がキー ニー周波数 (fknee)* =0.4/Tr 3% 誤差内での立上り時間測定には 周波数帯域 =1.4 fknee が目安 1Gbps/ レーンで Tr=150ps とすると 基本波 : 500MHz 第 3 高調波 : 1.5GHz 第 5 高調波 : 2.5GHz fknee=2.67ghz 推奨周波数帯域 =3.74GHz (5% 測定確度なら fknee 1.2 で 3.2GHz) A ω A B 3ω C 5ω 1 0 1 1.0ns(1Gbps) B A A B C 17 * 高調波成分が急速に減衰する点 引用 :Howard Johnson and Martin Graham, High- Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, p.2. Prentice Hall, 1993

TEKEXP D-PHYTX 規格適合性自動テスト TEKEXP( 自動コンプライアンス テスト ソフトウェア ) TEKEXP Opt.D-PHYTX (D-PHY 自動測定機能 ) D-PHY 規格適合性を全自動測定 使用には TEKEXP( 自動コンプライアンス テスト ソフトウェア TekExpress) が必要 DPO7000(C), MSO/DPO/DSA70000(B/C) シリーズ上で動作 18 TEKEXP D-PHYTX の特長 カーソル設定 測定範囲指定も含め全自動 D-PHY 規格に準拠 CTS に適合 UNH Conformance Test Suite に準拠 ツリー構造による測定項目 測定グループ選択 カスタム リミット / リミット値の設定可能 テスト レポート 測定部分の波形イメージ Pass/Fail サマリ ( マージンの詳細付 ) 高精度テスト用最小構成は 3.5GHz(DPO7354C) から可能 ( インストールは DPO7254C(2.5GHz) 以上で可能 )

D-PHYTX の測定結果レポート画面 詳細なテスト レポート Pass/Fail サマリ表 各テストにおけるマージンの詳細 各テスト箇所の波形画面をリンク 全レーンの全テストについて統合レポート生成 機器接続 または 19

D-PHY Essentials 規格適合性テスト用セットアップ ライブラリ DPOJET ジッタ & アイ ダイアグラム解析ソフトウェア クロック リカバリとアイ ダイアグラム測定 ジッタ / タイミング測定 周波数 / 周期 振幅 各種タイミング測定 クロック データ クロックとデータ間 エンベデッド クロックと外部クロックの両方に対応 ( 逓倍クロックにも対応 ) 同時に 99 項目まで測定 アイ ダイアグラム ヒストグラム スペクトラム バス タブ サイクル トレンド プロット表示 Arb Filter によるディエンベデッド波形の解析 以前に保存した波形での測定も可能 Pass/Fail 自動判定とレポート生成機能 ジッタとアイダイアグラムの測定例 D-PHY Essentials (Opt. DPHY) により MIPI D-PHY 規格適合性試験が可能 D-PHY base spec に準拠 UNH Conformance Test Suite に準拠 ソフトウェア イコライズ前後の波形を用いたアイダイアグラムとバスタブ カーブによる BER 予測 20

Data Lane HS TX Single-Ended Output High Voltage (VOHHS) 21

22 Data Lane LP-TX Slew Rate vs. C ー LOAD (δv/δtsr)

MIPI D-PHY HS 信号マスクテストの例 振幅 ジッタ セットアップ時間 ホールド時間 立上り時間などの仕様からマスクを作成し マスク テストを行うことが可能 23 クロックのエッジ位置

MIPI D-PHY TX テスト用推奨機器規格適合性自動テスト / 解析 TEKEXP( 自動コンプライアンス テスト ソフトウェア ) TEKEXP Opt. D-PHYTX D-PHYTX 自動テスト ソフトウェア MIPI D-PHY の規格適合性 特性評価用ソフトウェア 動作には TEKEXP が必要 DPO7000(C) DSA/DPO/MSO70000(B/C) シリーズ上で動作 MIPI D-PHY Essentials (Opt. D-PHY) D-PHY テスト用セットアップ ライブラリおよび MOI MIPI D-PHY の特性評価 デバッグ コンプライアンス テスト用ライブラリ 動作には DPOJET Advanced が必要 (Opt. DJA) 推奨オシロスコープ : DPO7254C 型以上 DPO7254C/DPO7354C 型 MSO/DSA/DPO70000C シリーズ Rise Time 150ps の測定には DPO7354C 型 DSA70404C 型以上を推奨 推奨プローブ DPO7000C シリーズ :TAP3500 4 本または TDP3500 型 3 本 ( または 4 本 ) DSA/DPO/MSO70000C シリーズ : P7240 4 本または P73xx 3 本 ( または 4 本 ) DPO7000C シリーズ 24

MIPI D-PHY Rx テスト用 CSI ー 2/DSI 信号発生器 PG3A シリーズ デジタル パターン ジェネレータ PG3AMOD PG3ACAB 最大クロック レート 300 MHz (SDR) / 600MHz (DDR) 出力チャンネル数 メモリ長 64 (SDR) / 32 (DDR) 32M Vectors 使用形態 TLA7000 へのインストールスタンドアローン キャビネット アプリケーション専用の GUI MIPI DSI, MIPI - CSI 25

P332 型 MIPI DPhy 出力プローブ (PG3A 用 ) MIPI D-PHY 規格に準拠 業界唯一 4 レーン同時出力をサポート :1.5Gbps/ レーン D-PHY 規格 V.1.1 に対応 レーン毎に独立した遅延調整 信号レベル調整 ビデオ 動画 オン ザ フライでのビデオへのコマンド挿入をサポート P332 型プローブ 26

CSI-2/DSI 信号発生ソフトウェア PGRemote-CSI-DSI ボタン操作により MIPI CSI-2 または MIPI DSI 信号を自動生成 ユーザによる 0 1 のベクタ設定は不要 カスタム コマンド マクロ リモート コントロール オフライン サポート TLA または PC の Windows 上で動作 ビットマップ画像ファイルから MIPI 信号に自動変換可能 RPCScript のテキスト ファイルにより複数の一連のコマンドを送出可能 ( パワーアップ シーケンスなど ) 27

CSI-2/DSI 信号発生用推奨機器 PG3ACAB A6 型 キャビネット付デジタル パターン ジェネレータ (TLA7000 で使用する場合は PG3AMOD 型 ) P332 型と組み合わせて 1.5Gbps までサポート P332 LA6 型 MIPI D-PHY プローブ (PG3A 用 ) 1.5Gbps/ レーンで 4 レーン同時出力をサポート (Data 4 レーン + Clock 1 レーン ) PGRemote-CSI-DSI 型 CSI-2/DSI 信号発生ソフトウェア 28

プロトコル解析オシロスコープによる DSI-1/CSI-2 のデコード バス デコード表示とイベント テーブル表示 Start of Transmission (SoT) Data Type (Packed Pixel RGB888 RAW10 など ) Pixel 値 (Red-255,Green-216,Blue-000 など ) DCS コマンドやカスタム コマンド ( マニュファクチャラ コマンド ) Virtual Channel Word Count Checksum End of Transmission(EoT) 問題箇所のエラー / 警告表示 リストを CSV で保存 29

プロトコル解析オシロスコープによる CSI-2 のデコード Data Type とペイロードの内容をデコード表示 バス デコード表示 ( カテゴリに応じた色分け表示のため視認性が良い ) イベント テーブル表示 ( 波形の Zoom 箇所を黄色で表示 ) Data Type を表示 (RAW10) ペイロードの内容をデコード表示 ( 各ピクセルの値 ) 30

プロトコル解析ロジック アナライザによる CSI-2/DSI のデコード P6982 または P6980 プローブ ロジック アナライザ TLA6000/TLA7000 シリーズ USB Cable ( コントロール用 ) D-PHY Preprocessor Clock Data ( 最大 4 レーン同時取り込み ) D-PHY プリプロセッサ 31

D-PHY プリプロセッサ 最大 4レーン同時取り込み 各レーン1.5Gbps まで対応 CSI-2/DSIプロトコルをデコード LPとHSデータを一括取り込み パケット レベル トリガ機能 リアルタイム フィルタリング レーン アクティビティとエラー ステータス表示 ソルダイン プローブ ( カラーコード付き ) 画像ファイル出力 ( 保存 ) 32

MIPI D-PHY プロトコル解析用推奨機器 33 オシロスコープによるプロトコル解析 DPO7000C シリーズまたは DPO/DSA/MSO70000C シリーズ Opt.SR-DPHY (DSI/CSI-2 シリアル解析機能 ) (Windows7 搭載オシロスコープでサポート ) プローブ TDP3500 型 TAP3500 型など (DPO7000C 用 ) P7340A など (DPO/DSA/MSO70000C 用 ) ロジック アナライザによるプロトコル解析 TLA6202 型 68chロジック アナライザ P6982 型 2 本 ロジック アナライザ用 D-Maxプローブ DPHYPRE D-PHY プリプロセッサおよびソフトウェア

3.M-PHY の概要 高速シリアル通信 M-PHY Tx と M-PHY Rx 間の通信 (dual-simplex) 1 レーンまたは複数レーンをサポート 8b10b CSI DSI UniPro UFS DigRF LLI などのプロトコル 34

M-PHY のデータ レート High Speed モード 2 つのシリーズ A-series と B-series それぞれ 3 つの Gear G1 G2 G3 50Ω 終端 ( 差動 100Ω) されている Low Speed モード 2 つの Type TYPE-Ⅰ(PWM) TYPE-Ⅱ(SYS) PWM には 8 つの Gear 差動 100Ω または SE 10kΩ 以上 Signaling Mode Max.Speed Level (V) Impedance HS 5.83Gbps 200e-3/ 120e-3 50 ohms ( 差動 100 ohm) PWM (TYPE-I) SYS (TYPE-II) 576Mbps 400e-3/ 240e-3 200e-3/ 120e-3 576Mbps 400e-3/ 240e-3 200e-3/ 120e-3 10k/50 ohms ( 差動 100 ohm) 10k/50 ohms ( 差動 100 ohm) HS PWM Data rates Gears A (Gbps) B (Gbps) G1 1.25 1.45 G2 2.5 2.91 G3 5 5.83 Gears Min (Mb/s) Max (Mb/s) G0 0.01 3 G1 3 9 G2 6 18 G3 12 36 G4 24 72 G5 48 144 G6 96 288 G7 192 576 35

M-PHY のシグナリング HS モード Embedded Clock NRZ TYPE-Ⅰ PWM TYPE-Ⅱ SYS Reference Clock を共有 NRZ 36

M-PHY の信号レベル M-TX 終端なし 終端あり 終端なし 終端あり 280mV~ 500mV 160mV~ 260mV 140mV~ 250mV 160mV~ 280mV 80mV~ 140mV 80mV~ 190mV 37

M-PHY の信号レベル M-RX 終端なし 終端あり VDIFF_NT_RX 120mV~ 490mV 25mV~330mV VDIFF_RT_RX 60mV ~ 245mV 38

HS Tx アイ ダイアグラム 140mV> or 80mV> 0.16UIHS< 0.2UI> 0.16UIHS< -2000ppm<fOFFSET_TX<+2000ppm 39

4.MIPI M-PHY 測定ソリューション M-PHY Essentials による Tx 物理層テスト / 解析 M-PHY Essentials (DPOJET Advanced が必要 ) アイ ダイアグラム Power Spectral Density コモン モード電圧測定 Test 1.1.16 HS-TX Common-Mode Power Spectral Magnitude Limit (PSDCM-TX) 40

M-PHY Tx 物理層の自動測定ソリューション M-PHY Tx 自動測定ソフトウェア (Opt. M-PHYTX) 6GHz 以上の MSO/DSA/DPO70000B/C シリーズ上で動作 (DPOJET Advanced が必要 ) HS モード テスト項目の 95% をカバー PWM モード テスト項目の 75% をカバー Power-Spectral-Density(PSD) 測定も対応 ( スペクトラム アナライザは不要 ) 測定結果レポートを自動生成 以前に保存した波形に対しても自動測定可能 DPOJET によるデバッグが可能 41

M-PHY Tx による測定例 42 Opt. M-PHYTX による全自動測定

M-PHY Rx テスト 機器構成がシンプル Opt.M-PHYRX による全自動測定 43

TJ [UI] M-PHY Rx: ジッタ耐性テスト Rx ジッタ耐性 Rx アイ開口 差動入力振幅耐性 コモン モード入力耐性 入力パルス幅耐性 Compliance Test points 0.5UI 1M 10M 41.7M SJ Frequency [Hz] 44

M-PHY Rx : ビット エラー検出テスト オシロスコープ内蔵 BER 測定機能 Opt.ERRDT 45

M-PHY UniPro/LLI プロトコル デコード PGY-UPRO/PGY-LLI プロトコル デコード ソフトウェア MSO/DSA/DPO70000B/C/D シリーズ上で動作 (6GHz 以上必要 ) Opt. ST6G により UniPro LLI の特定のイベントでトリガ UniPro: Link Startup Sequence Phy Adapter Layer Content Data Layer Link Content など LLI: PAM Frame DL Message TL SVC Packet TL IC Packet など 4 レーン自動デコード CRC エラー検証 46

M-PHY Tx &Rx テスト用推奨機器 オシロスコープ HS-GEAR1: DPO/DSA70604C 型 HS-GEAR2: DPO/DSA70804C 型 HS-GEAR3: Rx の場合は DPO/DSA71254C 型 Tx の場合は DPO/DSA72004C 型 プローブ P73xxSMA 2 本または P73xx 型あるいは P75xx 型 2 本 Rx テスト用信号発生器 HS-GEAR1 または HS-GEAR2: AWG7082/ AWG7102 以上 HS-GEAR3: AWG7122C -06 ソフトウェア Opt.M-PHYTX ( DPOJET Advanced が必要 ) Opt.M-PHYRX ( DPOJET Advanced が必要 ) Opt.M-PHY ( DPOJET Advanced が必要 ) Opt.ERRDT (Scope Error Detector) Opt.ST6G (6.25Gbps 8B-10B プロトコル トリガ / デコード ) PGY-UPRO(UniPro Protocol Decode) PGY-LLI (LLI Protocol Decode) Opt.MPHYVIEW (DigRFv4 Protocol Decode) SerialXpress (AWG 用カスタム パターンを作成の場合 ) 47

MIPI 規格関連の動向 D-PHY 2011 年 11 月に D-PHY 規格 V1.1 が公開に プロトコル 2011 年 2 月に CSI-2 規格 V1.0.1.00 が公開に 2012 年 3 月に DSI 規格 V1.1 が公開に M-PHY 2011 年 4 月に M-PHY 規格 V1.0.0 が公開に プロトコル 2011 年 4 月にUniPro 規格 V1.40.00が公開に 2011 年 2 月にUFS 規格 JEDEC STANDARD JESD220が公開に 8 月にJESD223が公開に 2011 年 12 月にDigRF V4 規格 V1.10が公開に 2012 年 3 月にCSI-3 規格 V0.8が公開に 2012 年 3 月にDCS 規格 (Display Comand Set)V1.1が公開に 48 2012 年 4 月にLLI 規格 V1.0が公開に

テクトロニクスの MIPI 評価ソリューションの特長 49 MIPI D-PHY と MIPI M-PHY をトータルでサポート Tx 評価 Rx 評価 物理層 論理層 MIPI D-PHY Data 4 レーン 各レーン 1.5Gbps までのサポートにより高分解能カメラ 高分解能ディスプレイに対応 ( 最新の D-PHY 規格 V1.1 に対応 ) コンパクトな信号発生器のため 持ち運びが容易 ( キャビネット タイプ ) 全自動測定と解析の両方をサポート MIPI M-PHY 解析と規格適合性試験の両方に対応 PWM もサポート ジッタ耐性試験もサポート オシロスコープによる Rx のエラー検出 / ビット エラー レート測定 テクトロニクスは MIPI Alliance の Contributor メンバー

ご清聴ありがとうございました 本テキストの無断複製 転載を禁じますテクトロニクス社 Copyright Tektronix Twitter @tektronix_jp Facebook http://www.facebook.com/tektronix.jp テクトロニクス イノベーション フォーラム 2012