MIPI C-PHY 三相符号编码技术

序言

C-PHY中的C表示bandwidth limited channels，即带宽受限通道。为了在带宽受限的条件下提高传输效率，C-PHY使用了一种称为“三相符号编码”的技术，通过三根线实现每个符号传输2.28bit数据。该技术是C-PHY与D-PHY的核心区别，也是C-PHY协议的核心技术。在网上查了很久都没有查到有相关文章详细介绍该技术，如是在看了三天协议后决定自己写一篇。

一、收发接口电路

首先，需要了解下C-PHY收发接口电路。其中发送端电路如下图，有两种发送电路，其中T1类型比较简单，可能用于传输速率较低的场景（在满足C-PYH相关电气规范前提下）。T2相比T1多了一组串阻100Ω的电路，主要为了确保所有场景下都能实现源端50Ω的阻抗匹配。

接收端接口电路如下，ZID正常值为100Ω（80Ω~120Ω），A、B、C三根线通过ZID/2端接到一起，然后通过一个公共的电容CCP（典型值22pf，最大90pf）到地，对于高速信号，电容相当于短路，因此在接收端，C-PHY接口的每根线也都实现了50Ω端接匹配。

二、6种线状态

C-PHY接口不需要单独的时钟信号线，而是直接从传输的数据中进行提取，而为了很好的从数据中提取时钟信息，A、B、C三根信号线上的电平最好都不一样。比如可以分为High、Middle、Low。三根线三种电平，按照排列组合，总共会有六种状态。

如下图，显示了C-PHY的六个线状态及每种线状态下的通道电流流向（红色路径）。其中左边是3种的正极性线态，从上到下分别称为x、y和z，右边是3种负极性线态，从上到下分别称为-x、-y和-z。正极性线状态具有与相应的负极性状态相同的线，但在被驱动线上的极性相反。例如：+x线状态定义为A驱动为高，B驱动为低，而-x线状态定义为B驱动为高，A驱动为低。

以+x状态为例，PU_A为1，PD_A为0，A线上发送端上面的MOS管导通，下面的MOS管截止。PU_B为0，PD_B为1，B线上发送端下面的MOS管截止，下面的MOS导通。接收端三线的端接匹配都使能。根据电阻分压原理，可以得到A的电平为3/4V，B的电平1/4V。PU_TC 和PD_TC同时为1，两个MOS全部导通，从而C上的电平为1/2V。C线的源端匹配电阻为两个100Ω并联，也就是50Ω。

为了便于数字编码，接收端内部使用差分结构，三根线两两差分，得到四种差分电平，分别为1/2V，1/4V，-1/2V，-1/4。其中1/2V，1/4V定义为数字信号”1″，-1/2V，-1/4定义为数字信号”0″。六种线状态的电平、数字信号对应关系如下表：

三、5种符号编码状态

C-PHY的编码和信息传输并不是直接通过6个线状态实现，而是通过线状态之间的转换来实现。如下图，每个线状态都有５种可能的转换态。５种状态需要用３位二进制表示，分别为000，001，010，011，1００。比如＋ｘ转换到＋ｙ，表示传输的符号信息为010，从＋ｙ转换到－ｚ，传输的符号信息为011。

四、端到端数据传输示意图

C-PHY的HS模式下，数据传输最小单元为16ｂｉｔ，传输的数据必须是16ｂｉｔ的整数倍。16ｂｉｔ数据需要至少７个５进制符号进行传输。５＾7 = 78,125。２＾１６＝65,536。16／７＝２．２８，这也就是三根线实现每个符号传输2.28bit数据来源。

如下图，发送端发送的１６ｂｉｔ数据，映射到７个符号，每个符号３ｂｉｔ，总共２１ｂｉｔｓ。２１个ｂｉｔ通过并串转换，依次传输到编码和驱动模块。使 Ａ＼Ｂ＼Ｃ线状态发生７次变化。接收端通过解码、串并转换、去映射最终转换成１６ｂｉｔ数据。

五、映射与去映射

映射电路示意图如下，16ｂｉｔ数据转换成７组符号，每个符号３ｂｉｔ，每个ｂｉｔ位都代表一种线状态变化参数，从高位到低位依次为：翻转（ｆｌｉｐ）、旋转（ｒｏｔａｔｅ）和反极性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）。即Ｓｎ＝（Ｔｘ＿ｆｌｉｐ［ｎ］、Ｔｘ＿ｒｏｔａｔｅ［ｎ］、Ｔｘ＿ｐｏｌａｒｉｔｙ［ｎ］），ｎ＝０、１、２、３、４、５、６。

16ｂｉｔ数据与７个符号的映射＆去映射关系如下表，７个符号中的７个翻转位将１６ｂｉｔ数据（65，536）分成２８个不同的区域，如下图的最左边，其中７个区域包含4096个值，２０个区域包含1024个值，１个区域包含16384个值。

例如，要传输的16ｂｉｔ数据为0ｘ３ｆｆｆ，对应二进制为（0011，1111，1111，1111），根据上图映射关系，可以得到Ｆｌｉｐ（6：０）＝（０００，００００），（ｒｏ６，ｐｏ６，ｒｏ５，ｐｏ５，ｒｏ４，ｐｏ４，ｒｏ３，ｐｏ３，ｒｏ２，ｐｏ２，ｒｏ１，ｐｏ１，ｒｏ０，ｐｏ０）＝（１１１，１１１１，１１１１），由此可以得到７个符号分别为，Ｓ０＝（０，１，１），Ｓ１＝（０，１，１），Ｓ２＝（０，１，１），Ｓ３＝（０，１，１），Ｓ４＝（０，１，１），Ｓ５＝（０，１，１），Ｓ６＝（０，１，１）。

同理，在接收端，由７个符号位可以根据Ｆｉｇｕｒｅ１９　去映射为16ｂｉｔ数据。、

六、编码＆解码

前文已经讲过，每个符号３ｂｉｔ，每个ｂｉｔ位都代表一种线状态变化参数，从高位到低位依次为：翻转（ｆｌｉｐ）、旋转（ｒｏｔａｔｅ）和反极性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）。其中：

反极性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）：＂１＂表示线状态在前一个状态基础上发生反极性变化，比如＋ｘ－－＞－ｘ，＋ｙ－－＞－ｙ，＋ｚ－－＞－ｚ。＂０＂表示极性不发生变化。

旋转（ｒｏｔａｔｅ）：＂１＂表示顺时针旋转，＋ｘ－－＞＋ｙ－－＞＋ｚ－－＞＋ｘ，＂０＂表示逆时针旋转＋ｘ－－＞＋ｚ－－＞＋ｙ－－＞＋ｘ。

翻转（ｆｌｉｐ）：＂１＂表示，极性发生变化，但是不发生旋转，且忽略旋转位与反极性位的作用。＂０＂表示不发生变化。

根据上述定义，符号编码算法如下表４所示，定义了将３位符号值转换为线路上的一个线状态（基于上一个UI传输的线状态）。

例如：输入的３位符号值为011，对应参数定义（无ｆｌｉｐ，顺时针旋转，极性反转），前一个线状态为＋ｙ，则下一个线状态为－ｚ。

传输编器和驱动器电路如下图所示：

上图中的代表前一个状态和当前状态的３位二进制数据，只是为了理解方便，并不一定是实际存在的电路，实际的电路可能使用６位预驱动器值［ＰＵ＿Ａ，ＰＤ＿Ａ，ＰＵ＿Ｂ，ＰＤ＿Ｂ，ＰＵ＿Ｃ，ＰＤ＿Ｃ］来定义当前的线状态值，如下表所示：

例如：输入的３位符号值为011，前一个线状态为＋ｙ，则［ＰＵ＿Ａ，ＰＤ＿Ａ，ＰＵ＿Ｂ，ＰＤ＿Ｂ，ＰＵ＿Ｃ，ＰＤ＿Ｃ］由［０，０，１，０，０，１］变为［１，０，０，０，０，１］。

符号解码电路如下图：

符号解码算法表如下：因为相同状态之间的转换无法检测，是一种无效状态转换，因此下表中用了“ｎ／ａ”表示。符号解码根据从先前状态（间隔N－１）到当前线状态（间隔N）的转换来确定。例如：先前的状态为＋ｙ，当前的线状态为＋ｚ，则接收器输出的符号为“010”。

七、端到端传输举例

如需要传输的16ｂｉｔ数据为0ｘ３ｆｆｆ，根据第五节中映射原理，得到７个符号分别为，Ｓ０＝（０，１，１），Ｓ１＝（０，１，１），Ｓ２＝（０，１，１），Ｓ３＝（０，１，１），Ｓ４＝（０，１，１），Ｓ５＝（０，１，１），Ｓ６＝（０，１，１）。经过并串转换后，变为七组符号传输，传输顺序为Ｓ０、S１、Ｓ２、Ｓ３、S４、Ｓ５、S6。假设上一个状态为＋ｙ，根据编码算法表可知，线上传输的状态依次为：－ｚ，＋ｘ，－ｙ，＋ｚ，－ｘ，＋ｙ，－ｚ。

接收端，根据解码、串并转换及去映射规则，最终可以得到传输的16ｂｉｔ数据0ｘ３ｆｆｆ。

实际测试波形如下图，图片来源：http://www.360doc.com/content/22/1123/20/67063969_1057263605.shtml

总结

“三相符号编码”的技术，通过三根线实现每个符号传输2.28bit数据。该技术是C-PHY与D-PHY的核心区别，也是C-PHY协议的核心技术。本文详细介绍了与“三相符号编码“技术（ 3-Phase symbol encoding technology）相关的内容，如发送＆接收接口电路、映射＆去映射电路及规则、编码＆解码电路及算法规则、以及端到端的传输过程。

参考文档：mipi_C-PHY_specification_v1-2