Un oscilloscope pour tester les interfaces MIPI®

Selon cette alliance, au moins une de ses normes est déployée dans chaque smartphone moderne et dans 90 % de tous les téléphones mobiles classiques. Les normes MIPI^®, dont la diversité ne cesse de croître, sont également utilisées dans les tablettes et les appareils photo numériques, ainsi que dans des produits destinés aux secteurs de l’automobile et de la santé.

L’interaction avec les paramètres des oscilloscopes ainsi que les nombreuses fonctions de débogage offertes par les oscilloscopes R&S^®RTO (fig. 1) pour la mise en œuvre du protocole MIPI^® sont présentées ci-après. Le cadre normalisé définit trois couches physiques: D-PHY, C-PHY et M-PHY^® (fig. 2). Ces couches sont optimisées pour un transfert rapide des données (high-speed, HS) couplé à une faible consommation d’énergie (low power, LP).

 

Fig. 1: Les caractéristiques HF exceptionnelles des oscilloscopes R&S®RTO et leurs nombreuses fonctions de débogage pour les interfaces MIPI®génèrent un gain de temps lors du développement.

Les couches physiques – spécifications et utilisation

D-PHY, la spécification la plus fréquemment utilisée, prend en charge les appareils photo et les applications d’affichage. La spécification C-PHY récemment publiée décrit une interface efficace de streaming unidirectionnel avec canal de retour dans la bande («in-band») lent. Elle est appelée à remplacer la spécification D-PHY en cas d’exigences supérieures en termes de débit. La troisième spécification (M-PHY^®) prend en charge une gamme plus large d’applications, notamment des interfaces d’écran, d’appareil photo, d’applications audio et vidéo, de mémoire, de gestion de l’énergie, de même que la communication entre les puces; par exemple entre les puces destinées à la bande de base et celles de la HF.

 

Fig. 2: Applications, protocoles et couches physiques des normes MIPI®(graphique de l’alliance MIPI®).

Plusieurs protocoles supérieurs sont spécifiés pour chaque couche physique (fig. 2). Les variantes basées sur C-PHY sont actuellement peu utilisées. La spécification Unified Protocol (UniPro) permet l’utilisation des points communs des protocoles basés sur M-PHY^® présents sur des couches supérieures, afin de relier des dispositifs et des composants au sein d’appareils de téléphonie mobile. La spécification est adaptée à des composants nombreux et variés, tels que processeurs d’application, coprocesseurs et modems, ainsi qu’à différents types de trafic de données, tels que les signaux de commande, le transfert de données utiles et le streaming sous forme de paquets.

Les oscilloscopes R&S^®RTO disposent de diverses options logicielles destinées à l’analyse des protocoles basés sur MIPI^® et des couches physiques correspondantes (fig. 3). Les exigences métrologiques des normes MIPI^® sont illustrées ci-après, de même que la manière dont elles peuvent être maîtrisées efficacement avec l’oscilloscope. Les deux normes MIPI^® D-PHY et M-PHY^® sont certes utilisés à titre d’exemple, mais les données indiquées sont globalement aussi valables pour les autres options MIPI^® de l’oscilloscope.

 

Fig. 3: Aperçu des normes MIPI®couvertes par les fonctions d’analyse des oscilloscopes R&S®RTO.

L’analyse précise de la couche physique

Lors de l’analyse de la couche physique, il est important de faire la distinction entre l’intégrité des signaux du DUT et la fidélité de reproduction des signaux de l’équipement de mesure. Le bruit et la gigue, la précision CC ainsi que la limite de bande passante en cas de facteurs de gain importants constituent, entre autres, des paramètres critiques pour les oscilloscopes. En raison de leurs niveaux de signaux très variés, les séquences LP et HS s’avèrent particulièrement difficiles à enregistrer. Elles nécessitent une intégrité des signaux élevée pour que la qualité du signal – notamment pour les sections HS – puisse être déterminée. La figure 4 indique les niveaux de tension correspondants.

D’une manière générale, plus les appareils de mesure utilisés présentent des caractéristiques de qualité, plus la plage de tolérance restant pour le DUT est large, générant ainsi un taux de rebut moindre, des frais réduits et une efficacité accrue des mesures. Les excellentes caractéristiques des oscilloscopes R&S^®RTO en font des outils particulièrement indiqués à cet effet, comme le montrent les exemples suivants.

 

Fig. 4: Niveaux de tension du signal MIPI®D-PHY.

Relevé simultané des tensions de 200 mV et 1,2 V

Pour la caractérisation de la couche physique, le signal LP est relevé à une pleine échelle de 1,4 V. Avec les convertisseurs A/N 8 bits intégrés dans les oscilloscopes courants, il reste une résolution à pleine échelle de 5,5 mV/bit. Si cette résolution est théoriquement suffisante pour les mesures effectuées sur le signal de 200 mV, elle peut toutefois s’avérer rapidement insuffisante en présence d’influences supplémentaires. Car l’hypothèse ci-dessus présuppose un convertisseur A/N parfait. Dans la pratique, différentes influences réduisent cependant le nombre de bits effectifs (ENOB). C’est notamment le cas des erreurs de décalage, de gain et de linéarité, ainsi que du bruit statique. Les oscilloscopes R&S^®RTO présentent, avec leur extrémité frontale à faible bruit et leurs convertisseurs A/N précis, des avantages décisifs pour répondre à ces exigences. Ces convertisseurs offrent une plage dynamique de plus de 7 bits (ENOB), disponible sur toute la largeur de bande de 4 GHz de l’instrument.

Le faible bruit de ces oscilloscopes réduit par ailleurs l’influence du plancher de bruit sur la mesure. Leur bruit effectif pour la pleine échelle choisie de 1,4 V, soit à 140 mV/div, s’élève, par exemple, à 5 mV seulement – une valeur qui peut être nettement supérieure sur les oscilloscopes courants. La large plage dynamique de l’oscilloscope R&S^®RTO et son faible bruit propre renforcent ainsi la précision de mesure et réduisent le quota d’objets sous test rejetés.

 

Fig. 5: L’oscilloscope R&S®RTO offre une largeur de bande de mesure intégrale pour chaque sensibilité d’entrée, même à 1 mV/div.

Surcharge du frontal: un substitut adapté ?

Même si un amplificateur surchargé n’a pas d’influence sur la zone concernée, des problèmes peuvent toutefois survenir, de nombreux oscilloscopes fonctionnant avec une bande passante réduite en cas de gain élevé, afin de limiter le bruit. Ces restrictions sont souvent considérables: en cas de gain extrêmement élevé, seuls 500 MHz maximum sont souvent disponibles. La norme D-PHY exigeant une mesure des temps de montée et de descente de l’ordre de 100 ps, des oscilloscopes dotés de largeurs de bande de 3,5 GHz minimum deviennent alors nécessaires. Il convient donc de régler l’extrémité frontale sur 3 mV/div dans le cas d’une sensibilité d’entrée de 30 mV/div, afin de couvrir toute la gamme du signal différentiel de 200 mV, et en cas d’utilisation d’une sonde active caractéristique affichant un rapport de division de 10:1.

La plupart des oscilloscopes présentent une bande passante insuffisante pour cette valeur. Grâce à son extrémité frontale à faible bruit et à de puissants convertisseurs A/N, le modèle R&S^®RTO met à disposition toute la bande passante de l’appareil jusqu’à 1 mV/div. Il offre ainsi une dynamique de mesure extrême pour les mesures de conformité (fig. 5).

Parallèlement à ces détails techniques, un flux de travail intuitif permettant l’obtention de résultats rapides est essentiel aux mesures de conformité. Ce flux est obtenu grâce à R&S^®ScopeSuite (fig. 6) et à l’option test de conformité correspondante R&S^®RTO-K26. L’utilisateur dispose d’instructions pas à pas et de photos explicatives garantissant la réalisation immédiate de mesures réussies.

 

Analyse de la communication de données entre les composants

Après la vérification de l’intégrité des signaux, l’étape suivante du développement consiste en l’analyse et le débogage de la communication entre les différents composants. Les oscilloscopes dotés des options de déclenchement et de décodage MIPI^® dédiées aux protocoles de communication en série, telles que celles disponibles sur l’oscilloscope R&S^®RTO (fig. 3), simplifient considérablement ces recherches.

C’est notamment le cas de l’option R&S^®RTO-K44, qui prend en charge un débogage direct sur la couche physique M-PHY^® la plus basse, ainsi que sur les couches de protocole supérieures pour la norme UniPro. Le modèle de 4 GHz R&S^®RTO2044 couvre UniPro 1.6 jusqu’au mode de transfert HS Gear 2 (HS-G2, 2,9 Gbit/s), permettant notamment le débogage de protocoles tels que CSI-3, UFS et UniPort-M.

Pour la configuration destinée au décodage d’un signal M-PHY^® sur deux liaisons de données série (voies), deux sondes différentielles (R&S^®RT-ZD40) sont raccordées aux canaux 1 et 2. La configuration s’effectue à l’aide d’une boîte de dialogue (fig. 7). L’utilisateur doit uniquement faire un choix entre M-PHY^® et UniPro puis indiquer le nombre de liaisons de données série (prise en charge jusqu’à quatre voies). Il est possible d’utiliser des valeurs de seuils couplées ou individuelles.

Le format des données et la couche à décoder sont paramétrés au cours d’une deuxième étape. Le choix de la couche est utile pour détecter, à différents niveaux d’un protocole, les erreurs qui s’étendent des transitions de flancs aux couches UniPro supérieures, en passant par les bits et les symboles (fig. 8).

 

Conclusion

Grâce aux options dont ils disposent pour le déclenchement, le décodage et les tests de conformité, les oscilloscopes R&S^®RTO couvrent toutes les mesures définies par les normes MIPI^®. Leurs caractéristiques HF exceptionnelles et le guidage intuitif de l’utilisateur permettent aux ingénieurs de développement d’obtenir des résultats optimisés en moins de temps.

 

Philipp Weigell

Roschi Rohde & Schwarz AG

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