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深入解析MIPI C-PHY (二）C-PHY三线魔术：如何用6种“符号舞步”榨干每一滴带宽？

news 2025/7/22 12:08:59

C-PHY三线魔术：如何用6种“符号舞步”榨干每一滴带宽？

从电梯楼层模型到眼图密码，破解2.28bit/周期的物理奇迹

一、传统差分传输的“带宽天花板”

D-PHY的困境：2线=1bit的数学枷锁

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致命缺陷 ：
每周期仅传输 1 bit （2种电压状态）
时钟线占用33%引脚资源却不传数据
带宽公式 ：

（例：4对数据线@2.5GHz → 10 Gbps ）

二、C-PHY的降维打击：三线符号编码

核心思想：用电压组合替代单线电平

1. 三线系统的“电梯模型”

想象A/B/C三根线是三部电梯，规则：

任一时刻， 仅一部电梯上行 （+1）， 一部下行 （-1）， 一部停稳 （0）
禁止两部同时上行或下行（避免冲突）

线状态组合	符号值	电压关系示例 (A/B/C)
A↑, B↓, C停	+1	400mV, 200mV, 300mV
A停, B↑, C↓	-1	300mV, 400mV, 200mV
关键 : 对三线电平编码，7个cycle可以传递16-bit数据（2.28bit每拍）

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2. 符号生成原理（硬件视角）

         +-----+  
数据 --> | 状态 | --> 驱动器 --> A,B,C线电压  
时钟 --> | 机   |  +-----+

状态机规则 ：
每个符号周期， 必须改变一个驱动器的状态 （↑/↓/停切换）
例：当前状态(A↑,B↓,C停) → 下一周期只能变为：
- (A停,B↓,C↑) 或 (A↑,B停,C↓) （改变A或C）

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其中: (1) +X +Y +Z -X -Y -Z是C-PHY线上的6种状态

(2) 线上状态每拍切换，用来传递对应的数据（ 由编解码实现）(3)  上图线上状态切换时的3 bit分别表示:  翻转（1xx）、旋转、极性切换

3. 带宽密码：2.28 bit/符号的数学证明
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可能的状态转移路径：
每个状态有5种其他状态可以切换（C-PHY要求线上状态每拍必须变换）
实际有效符号：16bit 数据每7个线上状态切换（16bit / 7 symbol)
信息量计算：
16/7 = 2.28 bit /symbol

三、眼图揭秘：为什么符号更密却更抗噪？

1. 三线差分信号的眼图矩阵

  电压(mV)  ^  
450|   /---\        /---\  |  / AB \      / BC \  
300|-/------\----/------\----> 时间  |        \ CA /  
150|         \_/

三组差分眼图 （AB, BC, CA）同时采样
噪声抑制原理 ：
共模噪声（如电源纹波）在三个差分对中被三重抵消
实测信噪比提升： 比D-PHY高6dB （SNR=32dB → 38dB）

2. 时钟恢复：符号跳变中的隐藏节拍

无需专用时钟线 ：接收机通过检测符号跳变沿恢复时钟

恢复逻辑：

if (当前符号 != 前符号) { clock_phase_adjust(); // 锁相环校正
}

抗连续相同符号 ：
特殊符号 “Sync” （如 A↑B↓C停 → A↓B↑C停）强制跳变
确保最长每 512符号 必有一次跳变

四、实战编码：从字节流到三线舞步

1. 数据分拆

把数据拆分成每组16-bit
发送数据的第14-bit 用来生成旋转(Rotation)、极性切换（Polarity); 发送数据的高6bit 用来生成翻转(Flip)

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2. 符号映射关系

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3. 电压驱动序列

时间周期 | 符号值 | A线 | B线 | C线 | 差分组合
t0 | +1 | 400mV| 200mV| 300mV| AB=200mV, BC=-100mV
t1 | -1 | 300mV| 400mV| 200mV| AB=-100mV, BC=200mV
t2 | 0 | 300mV| 300mV| 300mV| AB=0, BC=0