多年來，虛擬現實 (VR) 和增強現實 (AR) 與游戲和娛樂應用密切相關。如今，VR/AR 及其組合版本混合現實 (MR) 的應用已擴展到其他領域，如醫療保健、軍事、教育、制造、零售、營銷和廣告。下一代 VR 顯示器面臨哪些挑戰？是什么讓 MIPI 接口最適合 VR/AR/MR 應用？Mixel, Inc. 如何將不同的 MIPI PHY 產品組合成獨特、差異化、靈活的解決方案？這些問題的答案將在整篇文章中揭曉。

為了支持 VR 的多樣化應用和用例，并滿足對 PC、手機和便攜式設備驅動 VR 顯示器不斷增長的需求，與當前一代相比，下一代 VR 顯示器在許多方面都取得了進步。

第一代 VR 顯示器支持 1k x 1k 分辨率，這不足以在近視場顯示高分辨率圖像。下一代 VR 顯示器的目標是支持約 1000 像素每英寸 (PPI) 的顯示分辨率，以實現 2k x 2k 的最低顯示分辨率，一直到 4k x 4k，提供最佳用戶體驗。

下一代 VR 顯示器的另一個目標是響應能力，即 LCD 晶體必須在用戶觀看之前穩定下來，以便在近場視野中呈現清晰的 LCD 圖像。實現這一點的技術之一是加載像素，讓它們有一些時間穩定下來，然后閃爍背光，這樣用戶只能在像素穩定后才能看到它們。為實現這一點，顯示面板必須以更快的速度更新，這意味著更高的帶寬要求。

降低視頻延遲是另一項挑戰。高視頻延遲會導致視頻內容滯后，從而導致視頻和音頻內容不同步。這種影響會導致暈車問題。下一代 VR 顯示 IC 應針對最低延遲進行優化，這需要部署低延遲接口。

如果在乎功耗的增加，就無法增加帶寬以支持更高分辨率、更高刷新率和更快的響應速度。通常部署在沉浸式頭戴式顯示器中，VR 設備應該消耗最小的功率，從而產生的熱量可以忽略不計，以提供方便的用戶體驗。在顯示器由手機或其他便攜式設備驅動的應用中，最小化功耗仍然是關鍵要求。雖然所有標準化接口都在競相實現最高帶寬，但 MIPI 規范是從頭開始開發的，以支持高帶寬、低延遲應用程序，同時最大限度地降低功耗。

XR 系統中的 MIPI

術語 XR 通常用于指代任何現實技術 VR、AR 和 MR 或其任意組合。現在，讓我們快速瀏覽一下 MIPI C-PHYSM 和 D-PHYSM 接口，解釋為什么它們是 XR 應用的最佳選擇，以及 Mixel 如何以最小的面積和功率開銷在單個 PHY 中結合這兩種接口的特性。

MIPI D-PHY 是一種簡單的源同步 PHY，它使用一個時鐘通道和不同數量的數據通道。它自 2009 年以來一直存在，并廣泛部署在 CSI-2SM 和 DSISM 應用程序中。另一方面，C-PHY 是 MIPI 家族的新成員，也是更復雜的 PHY。C-PHY 在三個信號上運行，一個三重奏，時鐘嵌入到數據中，因此不需要單獨的時鐘通道。單通道 D-PHY 1.2 配置需要四個引腳，兩個引腳用于時鐘通道，兩個引腳用于數據通道，實現高達 2.5 Gbps 的數據速率。單三重 C-PHY 1.1 配置僅需要三個引腳，可實現高達 2.5 Gsps 的符號率，即 5.7 Gbps。得益于 MIPI C-PHY 巧妙而高效的映射和編碼技術，數據速率效率提高了 2.28 倍。

為了解釋 MIPI D-PHY 和 MIPI C-PHY 在 VR、AR 和 MR 系統中的不同用例，讓我們看一下圖 1。

Figure 1: MIPI Use Cases in XR System

MIPI CSI-2 接口通常用于 AR 應用，作為一側不同類型傳感器（環境、視頻捕捉、深度捕捉）與另一側捕捉處理器或橋接芯片之間的接口。DSI 接口通常用于 VR 應用程序，其中 GPU 處理器將驅動顯示面板。捕獲處理器和主機處理器之間的接口可以部署另一對 MIPI TX/RX 低延遲 PHY。在系留應用中，處理器（手機、臺式機或筆記本電腦）使用非 MIPI 接口，可以部署橋接芯片將數據轉換為 MIPI 形式。DSI 和 CSI-2 都是 MIPI 協議，可以通過 MIPI C-PHY 和/或 MIPI D-PHY 物理層發送數據。

Mixel 的雙模 C-PHY/D-PHY

Mixel 的雙模式 C-PHY/D-PHY 實現將兩者組合成一個組合 PHY，同時共享相同的管腳盤。D-PHY 鏈路可以作為 1 到 4 條通道運行，每條通道以 2.5Gbps 運行，而 C-PHY 鏈路可以作為 1 到 3 條通道運行，每條通道以高達 2.5Gbsps 的速度運行，相當于 5.7Gbps。Mixel Combo PHY 在 D-PHY 模式下支持高達 10 Gbps 的聚合數據速率，在 C-PHY 模式下支持高達 17.1Gbps 的聚合數據速率。

Combo PHY IP 不僅共享串行接口引腳，而且 Mixel 的實現還為 MIPI C-PHY 重用了所有 MIPI D-PHY 功能塊，從而最大限度地減少了管芯面積和泄漏功率。下面的圖 2 顯示了 Mixel MIPI C-PHY/D-PHY Combo TX 的框圖，用于 DSI 主機應用，旨在驅動最新的 VR 顯示器。

Figure 2: Mixel MIPI C-PHY/D-PHY Combo TX Block Diagram

Mixel Combo C-PHY/D-PHY 支持 D-PHY 和 C-PHY 模式下的通道交換和極性更改功能。有了這樣的功能，系統集成和 PCB 布線就會更加順暢，因為通道/三重奏可以配置為多種組合。

它還配備了內置自測試 (BIST) 引擎，可以跨多個抽象層（IC、PCB 等）測試 PHY。BIST 引擎能夠在不同的 MIPI 操作模式下測試 Combo PHY，并提高可觀察性和可控性。實施了各種測試場景以支持生產和特性測試。

Synaptics 的用例

部署 Mixel C-PHY/D-PHY 組合 TX 解決方案，領先的高科技人機界面解決方案提供商 Synaptics Incorporated 開發了世界上第一款同時使用 MIPI C-PHY 和 D-PHY 的顯示應用 IC。VXR7200 VR Bridge 是一種連接解決方案，適用于部署完整 VESA DP1.4 帶寬的系留 USB Type-C 電纜。它針對分辨率高達 3k x 3k @ 120Hz 的 VR、AR 和 MR 雙顯示器耳機進行了優化，具有 DSC 壓縮功能，可實現一流的 HMD 用戶體驗。Synaptics R63455 VR 顯示驅動器 IC 是一款配套芯片，可使用特殊的 VR 顯示時序模式驅動顯示器。

VXR7200 VR 橋芯片管理橋的 DisplayPort 和 MIPI 端。它通過顯示端口接口與 GPU 處理器通信，以提供顯示要求，如視頻格式（子像素渲染、420、444、8 位、10 位）、壓縮設置和幀時序分配。另一方面，Mixel MIPI C-PHY/D-PHY 和 DSI-2 控制器用于與顯示驅動器 IC (DDIC) 通信以配置視頻格式、壓縮設置、面板掃描時間、建立時間、背光閃爍時間和 局部調光設置。

通過在每個鏈路上集成兩個 Mixel Combo C-PHY/D-PHY 實例和 DSI-2 控制器，橋接芯片 MIPI 接口擴展為支持八個 MIPI D-PHY 數據通道，與六個 MIPI C-PHY 三重奏共享相同的芯片引腳 每只眼睛。橋接 MIPI 接口具有高度可配置性，可支持不同代的顯示面板、多種分辨率和帶寬選項以及不同的壓縮設置。下面的表 1 解釋了為什么需要雙模 C-PHY/D-PHY 接口來支持各種應用和配置。

Table 1: Bridge Chip Data Rates Supported in Different Configurations

上表顯示了每只眼睛以 90Hz 顯示器驅動 2880x1920 顯示器的不同配置示例。在沒有壓縮的情況下，DP 鏈路必須配置為支持 32Gbps 帶寬的 4 通道 HBR3，這必須與 MIPI 接口側的 6 個 C-PHY 三重奏相匹配，以驅動 2880x1920 每眼顯示器。D-PHY 不能用于此，因為它支持的最大帶寬低于此類配置中的系統要求。需要 C-PHY 支持才能支持此重要功能。

當啟用橋接顯示或 GPU 顯示壓縮時，可以使用 D-PHY 通道或 C-PHY 三重奏的不同配置，以優化功耗提供所需的 MIPI 帶寬。

硅結果

以下兩張快照顯示了集成到 Synaptics VXR7200 VR Bridge IC 中的 Mixel 雙模 C-PHY/D-PHY 的測試結果。VXR7200 橋接芯片通過 Mixel Combo PHY IP 和 DSI-2 控制器首次在硅片上取得成功，現已投入生產，現已上市。

Figure 3: Mixel MIPI C-PHY Eye Diagram at 2.5Gsps

Figure 4: Mixel MIPI D-PHY Eye Diagram at 2.5Gbps

總而言之，VR/AR/MR 應用在不同領域不斷發展壯大，對以最低功耗、延遲和 EMI 支持更高帶寬的需求不斷增加。MIPI 接口屬性非常適合 XR 應用程序要求。Mixel 雙模 C-PHY/D-PHY IP 產品是適用于系統啟動和應用用例的獨特、靈活和通用的解決方案。Mixel C-PHY/D-PHY 產品支持的多鏈路配置使其成為所有 XR 顯示器和傳感器應用的理想選擇。

審核編輯：湯梓紅