DigRF 简介及信号和协议测试方法

--李凯

一、 DigRF 简介

早期的手机基带芯片和射频芯片间采用模拟接口,随着手机集成度和芯

片功能的增强，现代手机都采用数字的基带接口。而如果采用并行的

数字接口，会占用大量的管脚和布线空间，同时如果各个芯片厂商的

信号定义不一样会给手机厂家带来很多兼容性的问题，这就需要有一

个标准来统一手机上基带芯片和射频芯片间的数字接口。

DigRF（Digital RF）最早是由 TTPcom、Agere、Motorola、Infineon、

Renesas、RFMD 等公司发起的一个组织，主要目的是把手机内部基带芯

片和射频芯片间的接口数字化并且标准化，在提供高速数据传输能力

的同时给手机设计厂家提供更多的灵活性的选择。

DigRF 组织在 2004 年发布 V1.12 的标准，主要针对 GSM/EDGE 的 2.5G

手机应用；然后在 2006 年发布 V3.09 的标准，针对 2.5G/3G 的手机应

用。DigRF 组织在 2007 年加入 MIPI (Mobile Industry Processor

Interface, www.mipi.org ) 联盟并成为其一个工作组（WorkGroup），

随后该工作组于 2010 年正式发布新的 V4 的标准。

MIPI 组织主要致力于把移动通信设备内部的接口标准化从而减少兼容

性问题并简化设计。下图是按照 MIPI 组织的设想未来智能移动通信设

备的内部架构。

目前比较成熟的 MIPI 应用有摄像头的 CSI 接口、显示屏的 DSI 接口以

及基带和射频间的 DigRF 接口。UFS、LLI 等规范正在逐步制定和完善

过程中。

DigRF V4 标准的推出主要目的是支持 4G 手机对高传输带宽、高 I/Q 速

率以及 MIMO 应用的需求，同时减少连接管脚、降低功耗和 EMI，DigRF

V4 也可以支持 2.5G/3G 应用。

在 V4 标准中基带和射频芯片间的接口数量最少可以减少到 7 根，除了

DigRFEn/RefClk/ RefClkEn 信 号 外 ， 主 要 用 于 数 据 传 输 的 是

TxDataP/N 和 RxDataP/N 这两对差分线，在需要更高数据吞吐率时还可

以使用多对差分线。由于 V4 支持的典型传输距离在 5cm 以内，所以其

使用差分小信号做信号传输，这样在保证高速数据传输的同时可以降

低功耗。

DigRF V4 每对差分线上在 HS2X 模式下支持的数据速率最高可达约

3Gbps 左右，同时还可以多条 Lane 同时传输，所以能支持非常高的

I/Q 数据速率。在不需要高速数据传输时，DigRF 总线可以从 HS（High

Speed）模式切换到 LP（Low Power）模式，LP 模式下信号传输速率很

低同时信号摆幅很小，可以有效地降低系统功耗。

DigRF V4 接口中的 RefClk 用于在 LP 模式下给收发的数据提供时钟；

而在 HS 模式下，由于数据传输时使用 ANSI 标准的 8b/10b 编码，这时

接收端可以使用数据流中恢复的时钟做采样以便在最优的位置进行采

样，也可以使用 RefClk 做参考来加快切换到 HS 模式后的时钟锁定速

度从而降低系统功耗。

综上可见，DigRF V4 是一个全新的手机内部基带芯片和射频芯片连接

的高速传输接口，同时兼顾了现代智能手机需要高传输带宽和低功耗

的要求，为手机厂商提供了更加灵活的芯片选择能力。目前 DigRF V3

标准应用已经比较普遍，而 DigRF V4 的标准正在逐渐普及中，并将在

4G 时代得到广泛应用。

二、 DigRF 物理层(M-PHY)测试方法

DigRF 组织在 V1 和 V3 时代时由于没有并入 MIPI 组织，所以其物理层

采用的是自定义的物理层。而在 V4 时 DigRF WorkGroup 主要致力于

协议层标准的制定，物理层采用的是 MIPI 组织的 M-PHY 的物理层标准，

因此 DigRF V1/V3/V4 的各个版本之间是互相不兼容的。以下是 DigRF

的不同版本的物理层接口的一个比较。

对于来 DigRF V4 说，其物理层 M-PHY 的测试参考 MIPI 协会发布的 M-

PHY 的技术规范以及相应的一致性测试规范。由于 M-PHY 采用高达几

Gbps 的高速差分线进行信号传输，因此保证信号质量的好坏对于通信

的可靠性至关重要。要进行信号质量测试，首先要选择合适的示波器，

示波器带宽的选择取决于被测信号的上升时间。下面是 M-PHY 对于信

号速率和上升时间的定义，可以看到 Gear1 的数据速率高达约 1.5Gbps,

而 Gear2 的数据速率高达约 3Gbps，信号上升时间更是只有 bit 宽度的

1/10，约几十 ps。因此,根据 MIPI 协会的要求，对于 Gear1 信号的测

试至少需要 6GHz 带宽的示波器，对于 Gear2 信号的测试至少需要

12GHz 带宽的示波器。下面是 DigRF总线定义的数据速率。

DigRF V4 属于典型的高速串行差分信号，速率比传统上手机内部的信

号速率要高很多倍，测试的参数和传统的信号波形测试也不太一样，

比如需要进行眼图、斜率、总体抖动、确定性抖动等很多项目的测试。

以下是按照 M-PHY的测试规范要求的一些测试项目：

• Test 1.1.1 – HS-TX Differential DC Output Voltage

Amplitude (VDIF-DC-xA-xT-TX)

• Test 1.1.2 – HS-TX Transmitter Eye Opening(TEYE-TX)

• Test 1.1.3 – HS-TX Maximum Differential AC Output Voltage

Amplitude (VDIF-AC-xA-xT-TX)

• Test 1.1.4 – HS-TX Common Mode Output Voltage Amplitude

(VCM-xA-TX)

• est 1.1.6 – HS-TX Lane-to-Lane Skew (TL2L-SKEW-HS-TX)

• Test 1.1.7 – HS-TX Slew Rate (SRDIF-TX)

• Test 1.1.10 – HS-TX Intra-Lane Output Skew (TINTRA-SKEW-TX)

• Test 1.1.11 – HS-TX Transmitter Pulse Width (TPULSE-TX)

• Test 1.1.12 – HS-TX Total Jitter (TJTX)

• Test 1.1.13 – HS-TX Deterministic Jitter (DJTX)

• Test 1.1.14 – HS-TX Short-Term Total Jitter (STTJTX)

• Test 1.1.15 – HS-TX Short-Term Deterministic Jitter

(STDJTX)

• Test 1.1.17 – HS-TX Transmitter Frequency Offset (fOFFSET-

TX)

由于很多工程师对这些新的测试项目和具体的测试方法不是特别熟悉，

为了方便 DigRF 的设计和测试工程师能够快速验证信号质量，Agilent

在业内最先推出了专门针对 DigRF 物理层 M-PHY 的一致性测试软件

U7249A。这个软件的主要特点是：

支持 DigRF v4, UniPro 和 LLI 等使用 M-PHY 最为物理层的信号

质量测试

严格遵循 MIPI 协会 M-PHY 规范 v1.00 和相应 CTS

支持 M-PHY Gear 1， 2，3，支持最高数据速率达 5.8 Gbps.

自动进行示波器测试设置和控制以提高测量精度和重复性

自动测量结果分析和 报告生成

U7249A 提供图形化的测试界面，用户只需要选择测试项目并按照图形

化的提示进行探头连接，就可以自动运行并生成 HTML 格式的测试报告。

测试报告中除了有相关项目的测试结果外，还有规范中相应项目的具

体要求、测试裕量及详细的测试图片。

在用示波器进行信号质量分析的同时，Agilent 还提供了基于示波器的

M-PHY 协议解码方案 N8807A，即可以在示波器里直接对捕获到的数据

进行协议解包。由于示波器可以把协议解码的结果和波形放在一起显

示，所以这对于分析总线问题是由于信号质量还是协议错误造成的非

常有帮助。

下面是 M-PHY 信号测试推荐的一个配置列表：

针对 Gear 1 速率信号测试

DSA90604A Digital Signal Analyzer - 6 GHz, 20 GSa/s, 4 Ch, 50M memory 1

1134A Probe amplifier - InfiniiMax, 7 GHz 3

E2669A Connectivity kit, InfiniiMax - for differential measurements 2

U7249A M-PHY Compliance Test Application 1

N8807A M-PHY Protocol 1

针对 Gear 1/2 速率信号测试

DSA91204A Digital Signal Analyzer - 12 GHz, 40 GSa/s, 4 Ch, 50M memory 1169A Probe Amplifier - InfiniiMax II, 12 GHz 3

E2669A Connectivity kit, InfiniiMax - for differential measurements 2

U7249A M-PHY Compliance Test Application 1

N8807A M-PHY Protocol 1

除了用示波器对 M-PHY 的 Transmitter 的信号质量进行分析，Agilent

还提供了 M-PHY 的 Receiver 的接收测试方案，用于进行接收抖动容限

和接收灵敏度的测试。如果是 1 条 Lane 的总线，可以使用高性能的串

行误码仪 N4903B，如果是多条 Lane 的测试，可以使用高性能的并行误

码仪 81250。相应的，Agilent 还提供了 N5990A-165 MIPI M-PHY/

DigRF v4 接收端自动测试软件以方便和加快接收容限的自动测试。

三、 DigRF 协议层测试方法

对于从事DigRF设计特别是相关基带和射频芯片研发的人员来说，仅仅

确认信号质量没有问题是不够的，随着BB IC和RF-IC 之间的通信链路

从模拟向高速串行数字的不断演进，DigRF 标准为移动无线开发、集

成和验证团队带来了新的挑战。其中一个主要挑战是测试期间有些元

器件不可用或未准备就绪。例如，需要在没有BB-IC 的条件下测试RF-

IC (或相反的情况)，为了重现系统问题或运行回归测试，通常需要生

成流量条件，对于实际器件来说这些条件可能很难重现。另外，在集

成测试阶段，查找互通性问题的根本原因成为一个难题，问题可能存

在于数字域或射频域内。数字和射频设计团队需要一个能够在所选域

内提供深入分析功能的通用平台。针对这种应用，Agilent推出了针对

DigRF的全套的协议分析方案。这套系统采用模块化设计，主要模块由

2部分组成，一部分是训练器，另一部分是协议分析仪，两部分可以独

立使用，也可以配合起来组成全面的测试系统。

训练器模块用于在BB-IC或RF-IC的开发阶段产生DigRF的数据流和被测

芯片进行交互。N5343A可以把各种来源(包括Agilent的Signal Studio

和ADS软件) 的数字 IQ 数据加载进来，并封装到符合DigRF v3 或v4

标准的数据包中。另外根据用户的规定，控制包也可以插入到数据包

流量中，并同时在波形中循环，基于这一特性，工程师在测试中也可

以调整不同的配置参数，比如设置射频放大器的增益等。

N5344A 分析模块能够捕获被测件的流量。使用信号提取工具，可识别

数据包并从中自动提取数字IQ 数据。通过在主机控制器上运行的

89601 矢量信号分析工具对数字IQ数据进行分析。这些功能使用户能

够对比特级至复杂IQ 调制的信号进行深入分析，并验证数字IQ是否被

正确地转换为DigRF格式，从而使射频和数字工程师能够迅速验证RF-

IC 和解决交叉域问题。

以下是DigRF V4协议测试的典型配置（89601软件和SignalStudio软件

未包含在内）：

Exerciser for DigRF V4:

N5302A Two slot chassis 1

N5343A-500 Standard 500 M Memory 1

N5343A-DCE Dual capture license for Exerciser 1

N5343U-V4A DigRF v4 Capture License for Exerciser 1

N5343U-V4E DigRF v4 Stimulus License for Exerciser 1

Analyzer for DigRF V4: N5344A Module, DigRF Analyzer 1

N5344A-1GM Standard 1G Memory 1

N5344A-V4A DigRF v4 Capture License for Analyzer 1

N5346A Probe, Flying Leads, high performance 1