DPHY接口协议和CPHY接口协议有何不同呢

　　1.基本概念
　　在MIPI目前公布的协议中，有3类基于摄像头的接口，一个是前几年大行其道的D-PHY接口，一个是C-PHY接口，还有一个是M-PHY接口。
　　D-PHY接口一般是1/2/4 Lane，每个Lane走差分线对，是电流驱动型，单信号幅度一般是200mv，线对差分的幅度在400mv左右，布线要求是等长且成双成对，
　　D-PHY是有单独的同步时钟来进行同步，最多是10根线，但解码接收要容易些；
　　而C-PHY接口是1/2/3 Trio，每个Trio走3根线，最高是9根线，比D-PHY要少一根，且要传输的数据量大一些，
　　在同样是2.5G的速率下，C-PHY可以达到17.1G，而D-PHY只有10G。
　　C-PHY是电压驱动型，由于是两两相差，信号幅度绝对值分别是0，100，200mv，信号较弱，不利于传输。
　　没有单独的同步信号线，必须要求传输距离短，不能走差分线对。
　　而M-PHY呢，类似于USB，完全是异步传输，目前没有对应的sensor上市，所以今天不做过多的介绍了
　　2. DPHY和CPHY接口协议比较
　　MIPI是移动领域最主流的视频传输接口规范，没有之一，目前应用最广泛的是MIPI DPHY和MIPI CPHY两组协议簇（另外还有MIPI MPHY，属于高速Serdes范畴，应用不那么广泛），其中CSI-2主要用于图像接入（一般是接Sensor），DSI-2主要用于图像输出（一般是输出到显示屏）。
　　本文主要以CSI-2为例进行仔细说明，DSI-2雷同，举一反三即可。
　　1.接口协议比较
　　关于MIPI DPHY和MIPI CPHY的详细物理层协议和CSI-2/DSI-2协议咱们自己下载官方英文版细细品读即可，这里主要讲关键点。
　　1.1物理层
　　开局一张图（见下图1），内容是干货，MIPI CPHY和DPHY物理层之间的差异全在这张图里面了。
　　
　　图1 MIPI DPHY和CPHY物理层直观比较图
　　  从图1可以看出，最直观的差异是DPHY是源同步系统，有专门的同步时钟通道，但是CPHY没有同步时钟，时钟是嵌入到数据中的。显然的，实现嵌入时钟的目的是为了增加带宽，肯定会涉及到编码，物理层的结构必然是完全不同，单从线路上看，CPHY是一个A/B/C三线系统
　　MIPI DPHY的物理层，咱们大家都很清楚，一对时钟，几对数据，接收端根据时钟边沿采样数据，找到0xB8的同步头，物理层实现就算是齐活了，但MIPI CPHY不同，因为它不传输时钟，那么要接收CPHY的数据，必须先恢复时钟，然后再用恢复的时钟采样数据并寻找同步头，最后还需要进行数据解码恢复出最初的发送的内容（发送端的过程相反）。
　　那么，CPHY物理层到底是怎么实现嵌入时钟这一关键步骤的呢？请看下图2和图3。
　　
　　图2 CPHY“线态”变化图
　　
　　图3 CPHY接口等效电路图
　　结合图2和图3，CPHY物理链路（A/B/C线）上传输的是不同的电平，通过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，通过前后线态的旋转方向，相位和极性恢复出编码符号，再通过连续7组符号解码出16bit的数据，整个过程见下图4。
　　
　　图4 数据恢复过程图
　　为何要选择这比DPHY复杂多的物理层呢？一切都是为了提升带宽，从图2可以看出，某种线态的可能有5种不同的变化，那么它每个符号可编码的数据为log2（5） = 2.3219，理论带宽为DPHY的2.3219倍，每16bit数据编码成7个符号，带宽优势明显。
　　1.2 CSI-2层
　　MIPI CPHY和MIPI DPHY的CSI-2层协议大致相同，细节上的差异如下：
　　DPHY以Byte为单位进行数据组织；CPHY以16bit Word为单位进行数据组织；
　　DPHY 的短帧和长帧的帧头信息与数据的组织方式相同；CPHY则是固定每个通道为6×16bit的帧头信息（短帧信息），见下图5。
　　
　　图5 CPHY CSI-2数据组织
　　因此，在CSI-2解包逻辑尚无法完全共用。
　　2. FPGA实现
　　MIPI接口电平比较特殊，LP模式下为1.2V的LVCMOS电平，DPHY在HS模式下为SLVS-400电平，CPHY在HS模式下需要做电平减法运算。
　　2.1 硬件电路
　　就目前而言，直接支持MIPI DPHY的FPGA主要有Xilinx UltraScale+系列（1.5Gbps/Lane Max）Lattice Crosslink（1.5Gbps/Lane Max）及Lattice Crosslink NX（2.5Gbps/lane Max），其它型号的PFGA均需添加额外的电平转换电路将信号转换为LVDS。
　　（1） DPHY，低于800Mbps/lane速率，使用电阻网络即可；高速率的需选用专门的电平转换芯片，如MC20901、LT89101L等；
　　（2）CPHY，因为需要做减法运算，故可用专门的告诉比较器（或Repeater），结果以LVDS电平输出。
　　2.2逻辑实现
　　逻辑实现的差异主要在物理层，CPHY和DPHY完全不同。
　　2.2.1 MIPI DPHY
　　MIPI DPHY属于源同步系统，转换为LVDS电平后就是一个通用的ISERDES逻辑，主要是时钟方案有两种考虑：
　　第一种：使用PLL、MMCM或DLL，此种方案对PLL的锁定时间有较高的要求，通常要求us级才能保证在时钟不连续模式下正常锁定，当然具有专用DPHY逻辑的器件有专门的PLL电路实现。这种方案的好处是不易受时钟毛刺的影响，接收较为稳定。
　　第二种：在源同步时钟基础上使用专门的时钟buffer分频（如Xilinx 7系列的BUFR），这种方案可适应任意速率，不需要预先设定速率来配置锁相环电路，缺点是易受时钟毛刺影响，出错率稍高。
　　2.2.2 MIPI CPHY
　　MIPI CPHY的难点是时钟恢复，在FPGA系统中，没有针对MIPI CPHY的专用时钟恢复电路（CDR），因此，需要充分利用CPHY的线态编码均衡和FPGA可编程延时电路的特点来实现CDR，这种方案理论上要求FPGA内部延时逻辑越精确越好，LUT时钟性能越高越好，这样会把时钟恢复误码和抖动降到最低。时钟恢复完成后，线态解码、符号解码和数据恢复流程见图4。
　　总之，MIPI CPHY在MIPI DPHY的基础上成倍增加了带宽，减少了线对数量，在高速大靶面传感器和高分高刷新移动设备OLED应用上越来越普及。
　　3. 小结
　　有趣的地方来了，与D-PHY以0、1的电平表示编码不同，C-PHY用状态的跳转表示编码，如从-y跳转到-x，代表的是000。从000到100共5种状态转移方式，好比作“5进制”，7位“5进制”数，即可表示16 bits的数据，多余的编码甚至能留作日后他用。
　　因此，在1个周期内，D-PHY只能表示1bit（0或1）的数据，C-PHY却能表示16/7≌2.28bit的数据（16bit的数据需要7个周期），编码效率大大提升，因此数据的最大传输速率能达到D-PHY的约1.7倍！
　　当然缺点也是存在的，为了实现速率的提升，3-wire的定义使得硬件设计更加复杂，2-wire的PCB差分走线已足够使工程师头疼，更何况3-wire。