解读MIPI A-PHY与车载Serdes芯片技术与测试

新一期的“芯科技”

又与大家见面了！

上一期，《汽车芯片标准体系建设指南》技术解读与功率芯片测量概览中，我们给大家介绍了工信部印发的《汽车芯片标准体系建设指南》涉及到的重点芯片与测试领域解读，本期继续给大家做延展，我们解读的是MIPI A-PHY与车载Serdes芯片技术与测试。

车载Serdes芯片的重要性

汽车智能驾驶时代，特别是辅助驾驶/自动驾驶的普及，环境感知已成为汽车行业中一个新兴的关键技术领域，车载摄像头的数量、分辨率快速增加；大量数据需要高速率、高宽带的传输，使得高性能车载Serdes芯片成为核心零部件之一，如下图是自动驾驶架构框图，Serdes/MIPI A-PHY承担了自动驾驶ADAS芯片与摄像头之间的高速数据互联。

图：ADAS系统与摄像头互联示意图

目前，从车载摄像头到车载显示器、ADAS域控制器、座舱域控制器等都在使用车载通信Serdes芯片，以实现视频信号和实时数据传输。

车载Serdes主流技术标准概况

目前车载Serdes的标准众多，私有协议包括TI德州仪器的FPD-Link标准，ADI（美信）的GMSL，Inova Semiconductors的APIX，以及罗姆的Clockless Link等。

公开标准目前主要是3个，MIPI A-PHY和ASA，以及中国的HSMT标准。

MIPI A-PHY的阵营的参与者包括宝马、丰田、博世、电装、采埃孚、英特尔、微软、松下、高通等。2018年，MIPI AWG（Automotive Working Group）成立，旨在引入名为MASS（MIPI Automotive SERDES Standard）的通用通信框架铺平道路。2021年，MIPI联盟最近发布了MIPI A-PHY v1.0，这是第一个汽车长距离串行器/解串器（Serdes）物理层接口规范。

目前MIPI A-PHY的最新标准版本是MIPI A-PHY v1.1.1 (May 2023)。

MIPI A-PHY CTS V1.0标准解读

高级驾驶辅助系统（ADAS）的首要目标，是确保车内驾乘人员和周边行人的安全。只有在接收机以合格的比特误码率运行时，子系统才能正常工作。值得注意的是，接收机测试已经纳入MIPI A-PHY所涉各种相关规范的合规性测试规范（CTS）。在测试Serdes物理层（PHY）信号时，了解它以什么方式发送消息，然后在另一端以什么方式接收消息至关重要。基于最新的CTS v1.0，我们可以涵盖整个物理层测试一致性测试，首先是信号完整性测试，目的是消除来自其他源头的失真、反射、衰减和/或耦合噪声。其次，要在更高层级验证被测器件（DUT）的功能以 及 PHY与 ECU之间的信号传输，了解信号传输是否划分了正确的优先级。最后，您需要将DUT放到一系列压力环境中，并识别它在哪个阶段发生故障，这对整个系统的测试都至关重要。

Serdes/A-PHY 测试概览与关键

Serdes芯片的测试，一般可以归纳为：发射机测试，接收机测试与链路测试3类，下面我们分别就几类测试与关键的测试点，做一个详细的介绍。

支持的标准包括：

• MIPI A-PHY 1.0 CTS version 0.9

• ASA 1.1 CTS version 0.2

• GMSL2

Serdes/A-PHY发射机测试

Serdes/A-PHY的发射机Tx测试，主要利用示波器配合是德科技的专有软件完成，如下图是一个典型的差分SMA连接的发射机测试框图。

图：差分连接的发射机Tx测试框图

采用UXR系列示波器作为信号接收，以得到优异的底噪和抖动性能，配合Keysight AE2010T 汽车 Serdes 发射机测试应用软件，测试时能够自动配置示波器，并提供详尽的测试结果，其中包含裕量和统计分析结果，一般的测试项如下：

 

图：MIPI A-PHY 1.0 CTS 第 0.9 版测试项

图：ASA 1.1 CTS 第0.2版测试项

图：GMSL2测试项

发射机测试关键测试点包括：

可以执行基于Serdes协议（含 MIPI A-PHY和 ASA）的验证测试，以及如下的测试项

• 频率

• 失真

• 抖动

• 压降

• MDI回波损耗

详细的内容，可以参考文末的资料下载内容，发射机测试部分。

Serdes/A-PHY接收机测试

Serdes/A-PHY的接收机Rx测试，相对比较复杂，需要借助高速任意波形发生器来完成，测试项也相对较多，如下是一个典型的Rx测试框图，借助M8195A任意波形发生器，产生带压力的信号，通过AE2090B夹具加噪声，控制软件AE2010R单独在PC上运行。

图：接收机Rx测试框图

关键测试点包括：

接收机负责解码通过链路发送的数据，然后将其传送给 ECU 或显示设备做进一步处理。接收机一旦出现误码，会导致来自安全关键型传感器（如摄像头、雷达和激光雷达）的数据丢失或损坏。

传统的接收机功能越来越不适应 PAM-4 等复杂的调制方案，特别是通过长信道传输信号、受到多种噪声源同时干扰的情况。为了表征接收机的性能，工程师必须测量其在受到多个噪声源干扰时的误码水平，包括：

• 窄带干扰

• 大电流注入

• 在线瞬变

• 线外串扰

测量系统可以包括噪声源、放大器和耦合电路，以便向有源 Serdes 链路注入精确的噪声电平。接收机必须在受到噪声干扰的情况下也能正确解释符号。接收机测试的重点在于，确保接收机在受到干扰时仍能保持较低的比特误码率（BER）。

如下是接收机测试的视频，

供大家参考学习。

更多接收机Rx和噪声测试的内容，可以参考文末的文章下载，接收机测试与噪声部分。

Serdes/A-PHY链路测试

Serdes的链路测试包括了连接器，电缆，转接头等的测试，通常是用网络分析仪配合一系列的转接头等来完成，下图是典型的Serdes传输通道示意图：

图：Serdes/MIPI A-PHY传输通道示意图

可以看到，不同的ECU之间，通过高速的电缆连接，而不同厂家可以采用不同的转接和电缆的标准，链路测试需要全面的评测端到端的链路性能，符合Serdes/MIPI A-PHY的标准要求。

链路测试，可以采用AE2000L链路一致性测试系统来完成，可以根据需求来需求来选择不同类型的网络仪，包括高性能的ENA系列，多端口的PXI模块以及高性价比的USB网络分析仪组建测试系统，配合AE2010L自动化测试软件，能够很容易的完成链路测试从校准到报告输出的过程。

关键测试点包括：

Serdes 链路的通道表征包括时域和频域分析。工程师需要查看线缆连接系统、MDI、夹具和测试系统要求。目前还没有针对 MDI 连接器的统一标准，但已经出台了一些严格的规范，这有助于减少 MDI 和电缆之间的相互作用。

我们在进行通道测试时，需要查看是否有以下错误：

• 阻抗失配

• 信号失真或缺陷

• 电缆之间的串扰

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