A-PHY详细介绍

文章目录

• C-PHY补充
• A-PHY
• • [MIPI A-PHY如何实现低成本高性能？](#MIPI A-PHY如何实现低成本高性能？)
  • [MIPI A-PHY是什么？](#MIPI A-PHY是什么？)
  • [APHY 协议](#APHY 协议)
  • APHY的包格式
  • [APHY PHY Layer](#APHY PHY Layer)
  • 增加对低成本传统电缆类型的支持
  • 增加实施灵活性
  • [A-PHY 端口](#A-PHY 端口)
• A-PHY厂家及现状

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C-PHY补充

C-PHY不仅用了3线，电平也有3种，分别是3/4,1/2,1/4电平，用这三种电平定义了6种状态

A-B，B-C，C-A的电平运算，恢复出+x，-x，+y，-y，+z，-z六种不同的线态。这个只是状态，真正数据是他们状态的跳变。

仔细看图，不管当前所处的任何状态，都可以转到任意其他5种状态，状态转换对应的就是转换的值，以我红色箭头表示状态转换的值就是010，状态跳变的值的表如下图：

C-PHY一次状态转换可以有5种值，所以转换成传输bit的值就是log2(5),大概为，2.5gx2.32，但实际编码器是将7个状态转换转换成16bit数据，这样实际传输一个symbols(一次状态转换)传输16/7 = 2.286个字节。

按照实际7个symbols应该是可以传输5的7次方为78125种数据，16bit数据只能表示65536种数据，剩余的数据可以用来做标识，比如同步信号等。

所以cphy比dphy多了个编解码器。如下图的端到端数据传输：

下图左右边分别为D-PHY/C-PHY 的双向通道lane功能模块：

MIPI的Universal Lane（Bi-directional Lane双向通道）内部结构示意如图1所示，其由一对高速收发器（HS-TX、HS-RS）、一对低功耗 （Low Power）收发器 （LP-RX、LP-TX）、低功耗竞争检测器（LP-CD）等组成。Unidirectional Lane（单向通道）则是在Universal Lane的基础上做一些相应地简化。

C-PHY采用1 Lane源同步的差分时钟和1～4 Lane(s)差分数据线来进行数据传输。数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都进行数据传输。每个Lane有HS（High-Speed）和LP（Low-Power）两种工作模式，HS模式采用LVDS低压差分信号进行传输，用以传输高速数据（数据速率为80M～1Gbps），因此功耗较大，单端支持100mV到300mV的电压范围（共模电平200mV，摆幅200mV），相应地HS有HS0（P为0，N为1）和HS1（P为1，N为0）两种状态值；LP模式采用单端信号，数据速率很低（<10Mbps），因此功耗很低，支持0V~1.2V的电压范围，相应地LP有LP00，LP01，LP10和LP11四种状态值。数据传输时总是低位LSB在前，高位MSB最后。

HS和LP模式的信号电平示意如图

该组合 PHY 可以配置为具有一个时钟和最多四个数据通道的 D-PHY℠，或具有最多 3 个三通道的 C-PHY℠。通过重用 D-PHY℠ 模块和高速 IO，可以最大限度地减少支持两种模式的区域开销。

见上图，为C-PHY/D-PHY Combo PHY IP 的内部构造。

A-PHY

传统的SerDes方案需要通过加串芯片传输，到ECU在把信号解串出来至SoC处理，不仅传输距离有限，载波频率也很高。而且这种方案严格来说都是私有协议（比如最常见的FPD Link、GMSL），主要的供应商TI和美信（ADI）占据了95%以上的市场份额，选择性有限。

MIPI A-PHY如何实现低成本高性能？

首先是业界最优的EMI抗扰性能。Valens MIPI A-PHY通过DSP技术实现，基于DSP的PHY技术能主动对噪声进行分析，然后主动完成PHY级重传，动态高阶调制与实时纠错。DSP可控的物理层可以利用PAM脉冲幅度调制技术优化信道。

NBIC窄带干扰消除算法可以即时消除汽车电磁干扰噪声，PHY级重传技术的动态调制及重传又能及时纠正底层数据包错误。在这些技术的加持下，Valens MIPI A-PHY的数据包错误率仅为10-19。

摄像头、传感器、显示器等元器件的接口在汽车新功能中发挥着重要作用，对这一重要接口制定统一的行业技术规范将推动创新、降低成本并提高功能安全和性能。MIPI联盟最近发布的MIPI A-PHY v1.0是第一个汽车长距离串行器/解串器（SerDes）物理层接口规范。

MIPI A-PHY是什么？

MIPI A-PHY 是第一个汽车长距离串行器/解串器物理层接口规范，提供点对点或菊花链拓扑的非对称数据链路，通过单根电缆传输高速单向数据和嵌入式双向控制数据，还可以根据需要进行选择性供电。联盟还推出了MIPI汽车SerDes解决方案（MASS），这是一系列基于A-PHY的全栈连接方案，可实现ADAS、IVI和ADS等应用所需的端到端安全性和功能安全性。

为了支持快速发展的车载电子设备，A-PHY定义了可靠、耐用、低延迟、高带宽的接口，方便未来的性能提升。其主要特点包括：

• 高可靠性：10-19的超低数据包误差率，或者在汽车的整个使用寿命期少于一次误差
• 高耐用性：极强的抗电磁干扰能力
• 高性能：数据速率高达16Gbps，未来可达到48Gbps及更高；2021年新推出的v1.1数据速率将提高一倍，达到32Gbps，上行链路数据速率将提高到200Mbps
• 低延迟：固定延迟低至约6µs，具体取决于速度档位
• 长距离：可达15米
• 支持电缆供电

自MIPI联盟发布车载高速互联标准A-PHY以来，A-PHY在业内发展势头强劲。作为技术基准提供商的Valens也是最早推出A-PHY芯片组的，目前Valens A-PHY芯片组在多款奔驰量产车型的表现十分亮眼，大大优化高速传感器到ECU的连接。

根据分析公司A2MAC1做的环视系统对比分析，在130万像素的环视系统里，一套基于Valens MIPI A-PHY方案比基于GMSL的方案成本降低了约17美金；在400万像素的环视系统里，一套基于Valens MIPI A-PHY方案比基于TI FPD Link的方案成本降低了约27美金。

根据汽车基准测试咨询公司A2MAC的实验证实，基于MIPI A-PHY的解决方案带来了明显的成本优势------汽车总系统成本降低15%，线束成本减低59%，连接器成本降低74%。

APHY 协议

APHY 的High Level Structure 如下图所示：

不同层级分别是：

可以看到，A-PHY和协议层的接口还是PPI接口，兼容 D-PHY/C-PHY接口，可以直接和CSI2/DSI2相连。

A-PHY物理层相比D-PHY多了一个数据链路层 ，来执行包调度、优先排序和发送。

APHY的包格式

A-Packet被构造成携带原生协议数据和A-PHY数据链路层有效执行其功能所需的所有信息。

下行和上行使用相同的包结构。

结构优化，支持多协议聚合，开销和延迟最小

数据包报头包含所有必需的信息(例如，QoS，优先级，目的地，协议类型)。

包结构:

头-8字节，包括MC(消息计数器)

有效载荷

尾 4 字节 （CRC-32）

2021 年， IEEE 采用 A-PHY v1.0 作为 IEEE 2977-2021。IEEE是世界上最大的技术专业组织，致力于为人类推进技术。采用 A-PHY 是因为该组织认识到标准化 SerDes 接口将为汽车行业提供的价值。IEEE采用A-PHY的一个关键好处是，它允许非MIPI成员访问规范，允许潜在的实现者评估接口，而无需他们成为MIPI成员。现在它已经被MIPI联盟正式采用，v1.1也将作为IEEE标准被提出来采用。

APHY PHY Layer

PHY Layer 如下图所示：

PHY特点如下：

A-PHY 物理层具有以下特性和功能：

• 统一结构，降低复杂度
• 共享 8B/10B 物理编码子层 （PCS），用于速度齿轮 1 和 2 以及上行链路通道。
• 重传（RTS）子层（本地重传机制）：
  管理数据打包和缓冲
  分配消息计数器 （MC） 和 CRC（循环冗余校验）
  在配置文件 2 中：错误或未接收的 A 数据包的重新传输过程
• 物理编码子层 （PCS）：
  指定将数据链路层 A 数据包转换为 PHY 符号
  在配置文件 2 中，PCS 还处理实时取消器 （JITC） 再培训
• 物理介质相关 （PMD） 子图层：
  定义电气规格和物理介质

当前，整车厂要实现各域中处理器与传感器、显示器之间的远距离数据传输，需价格昂贵的线束和接插件。A-PHY V1.1

采用PAM调制的低奈奎斯特频率特性，来实现与NRZ调制同等甚至更高的带宽，降低了对线材和连接器的性能要求。新规范显示，在4Gbps以下支持非屏蔽(UTP)线缆和连接器，极大地降低了系统成本。如图橙色部分为V1.1新增部分。

增加对低成本传统电缆类型的支持

A-PHY v1.1 的一个关键优势是它将为 A-PHY 下行链路齿轮 G1 和 G2（downlink gears G1 and G2）引入 PAM4 编码选项，如上表所示。PAM4 的较低调制带宽支持低带宽、低于1 GHz 的操作，这将使制造商可以选择将现有的传统电缆用于其当前平台，或者在新平台的情况下使用更低成本的电缆。

增加实施灵活性

虽然 A-PHY v1.0 提供使用同轴或屏蔽双绞线 (STP) 电缆的非对称电缆配置，但 v1.1 将增加对 Star Quad (STQ) 屏蔽双差分对电缆的支持，这些电缆已在汽车应用中使用. STQ 电缆有四根导体，在单个屏蔽护套内提供双差分对。它们在一根电缆上启用两个 A-PHY 端口，与使用两根单独的同轴电缆或 STP 电缆相比，可以节省成本、重量和复杂性。通过重用规范的现有组件，A-PHY 的模块化特性使这成为可能，而无需进行重大更改。

使用 STQ 电缆将启用新的 A-PHY 电缆配置，其示例如下图所示

第一个示例显示了高度不对称的双下行链路配置，该配置利用两对导体作为下行链路，提供高达 32 Gbps (2x16 Gbps) 的总下行链路带宽。一对还可以容纳高达 200 Mbps 的上行链路信道。更高容量的下行链路可用于连接更大、更高分辨率的摄像头和显示器（以及任何相关的控制接口），并且允许制造商从单个 ECU 以菊花链形式连接更多组件，从而减少电缆数量。

第二个示例显示了一种非对称配置，它使用一对导体作为具有高达 16 Gbps 带宽的传统 A-PHY 下行链路。另一对导体提供反向下行链路，使用 A-PHY 下行链路齿轮 G1 或 G2，带宽高达 4 Gbps。双向高速传输数据的能力将允许使用一根电缆而不是两根电缆------例如，摄像头和显示器位于同一辆车内------也降低了成本、重量和复杂性

• C-port 同轴端口，使用50 Ω同轴连接器和同轴电缆。C-Port应在高度不对称操作模式下工作，下行链路和上行链路通信应在同一同轴信道上发送。此操作模式没有反向下行链路。

• D-Port是一个差分(即双导体)端口，使用100个Ω差分对连接器和单差分对电缆。D-Port应在高度非对称操作模式下工作，其中下行链路和上行链路通信应在同一单对信道上发送。此操作模式没有反向下行链路。

• Q-Port是一个"星形四边形"(即四个导体排列成两个差分对)端口，使用100 Ω HSD连接器和星形四边形(STQ)电缆，在最新的A-PHY v1.1中支持。

• Q - port应具有以下操作模式(也在表1中进行了总结):双通道下行链路，高度不对称模式:下行链路应通过Pair #0和Pair #1发送上行链路只能通过Sink的Pair #0发送不对称模式:下行链路只能通过源对0发送速率较低的反向下行链路只能通过Sink-resolved [Pair #1]发送。(此模式不使用上行链路)

• 对称模式:下行链路只能通过源对0发送

• 等速率反向下行链路只能通过sink解析的[Pair #1]发送。(此模式不使用上行链路)

• 单线q -回退高度不对称模式:下行链路只能通过源对0发送上行链路只能通过sink解析的[Pair #0]发送

A-PHY 端口

A-PHY link 包含一个source port 和一个sink port。

A - PHY链路连接源端口和Sink端口。

Downlink表示从源到Sink发送的高吞吐量通信

Reverse Downlink表示从Sink到Source发送的高吞吐量通信。

Uplink表示从Sink到Source发送的低吞吐量(< 500mbps)通信。

如图为CL12912IP4000 - 汽车 MIPI A-PHY 接收器 IP （2通道），支持G2接收器功能。

A-PHY厂家及现状

在A-PHY面市之初，以色列芯片制造商Valens就随之宣布了将符合A-PHY标准的VA7000系列汽车芯片组，目标是ADAS和自主驱动子系统中的超高速网络应用，需要长距离、无错误链路和抗电磁干扰能力。

2021年7月， Valens宣布与索尼半导体进行评估，计划开发MIPI A-PHY技术，并将其集成到下一代图像传感器产品中。彼时，Valens的VA7000 芯片组系列已成功流片。

2021年9月，舜宇光学和Valens宣布，双方已在"将兼容MIPI A-PHY的芯片组集成至下一代相机模组"方面展开合作。合作内容涉及"在ADAS模组使用嵌入VA7031串行器的800万像素传感器"、"在环视模组使用嵌入VA7021串行器的300万像素传感器"。

2022年5月，豪威宣布携手Valens，共同为汽车行业推出了一款符合MIPI A-PHY标准的摄像头解决方案，双方将在豪威的汽车参考设计系统（ARDS）摄像头模块中，使用Valens的新型VA7000 A-PHY兼容芯片组和豪威OX08B40图像传感器。据称，这有望实现车载摄像头系统缩小体积、降低功耗、减少成本等目的。

2022年9月14日，Valens宣布，索尼的MIPI A-PHY发射器与Valens的接收器成功完成互通测试，测试内容包括高速数据传输。

2022年9月29日，Valens宣布与英特尔展开合作，依托于Valens的MIPI A-PHY技术，为芯片代工厂开发符合MIPI A-PHY标准的汽车技术，这将使汽车行业第三方能够与英特尔代工服务直接合作设计和制造A-PHY芯片，加快A-PHY产品的上市。

2022年上半年，舜宇光学联合Valens完成了800万像素A-PHY传输技术车载摄像头模组的研发。

国产半导体芯片公司，苏州首传微电子有限公司，也早于2020年标准落地前完成布局，成功实现国内首颗A-PHY全功能发射芯片回片验证，并在进行了完整性的发射芯片与接收验证平台的互通性测试后，于2022年8月顺利完成了接收芯片的流片。

据悉，Bosch、Qualcomm、Sumsung、Intel、MTK、Onsemi、Nvidia、ST、Synopsys、Xilinx、Renesas等众多厂商均已加入生态。

由于没有专利限制，任何芯片厂商只要具备技术能力均可开发和制造。对一些厂商而言，生产基于MIPI A-PHY标准的芯片难度并不高，但技术上需要有一些积累，目前除了第一家推出满足A-PHY协议芯片组的公司Valens，还有LG Innotek等少数厂商也加入了开发生产MIPI A-PHY芯片模组的队伍。

A-PHY就像以太网标准一样，行业中有很多芯片玩家，大家都会开发并生产满足A-PHY协议的芯片。未来国内外会有越来越多A-PHY芯片厂商出现，但不同芯片厂商的研发能力不同，做出来的产品在性能或性价比上会有一些差异。总的来说，A-PHY更有助于在行业内建立更好、更规范的生态。