随着智能手机和其他多媒体的日趋流行,消费者对移动设备上多媒体功能的需求也随之增加,这一趋势推动设备制造商在设计中集成更多的高级外设,如千万像素的手机和更高分辨率的屏幕。要将这些功能集成到移动设备中,在功耗、性能、上市时间和总体系统成本方面都为行业带来了新的挑战。在2003年,ARM、Nokia、ST、TI等知名半导体企业联合成立了移动产业处理器接口(MIPI)联盟。MIPI协议的提出,旨在解决日益增长的高清图像(视频)传输的高带宽要求与传统接口的低速率之间的矛盾,进而缩短产品的开发周期,增强不同厂商之间接口产品的兼容性。D-PHY、M-PHY和C-PHY是MIPI PHY工作组制定的三种通用物理层接口标准,其中基于D-PHY物理层的在摄像头和显示设备领域应用最为广泛。本文对D-PHY v2.1协议规范做了深入研究与分析,分析了D-PHY各个工作模式,划分了功能模块,设计了一款支持可配置主从模式、支持高速传输模式、Escape模式和反转模式,高速传输数据率为2.5Gbps,低速传输速率为10M/s的高速串行接口。本文的设计重点主要分为物理编码子层子系统和Bang-Bang全数字锁相环子系统两部分。论文详细阐述D-PHY物理编码子层的工作原理和设计思路,给出了详细的物理编码子层架构图,完成包括发送与接收状态机模块、8b9b编解码模块以及Sync_Coma锁定检测模块等关键模块设计,并提出一种针对高速接口测试的内建自测试设计;详细阐述了基于Bang-Bang结构的全数字锁相环工作原理和设计思路,提出了一种改进型Bang-Bang结构的全数字锁相环,搭建了Simulink系统仿真模型,完成了Bang-Bang全数字锁相环子系统设计,完成包括Bang-Bang鉴相器、自动频率控制模块、数字滤波器模块、锁定监测器模块和数控振荡器模块等关键模块设计。本文搭建了PMA仿真模型,在Synopsys VCS和Candence spectre-verilog仿真环境下分别对系统中关键子模块仿真验证,搭建了三种回环通路的内建自测试验证,并对整体D-PHY进行仿真验证分析。同时完成对设计的综合与时序分析,对网表文件进行了相应的前仿真、后仿真以及混合仿真。仿真结果表明本文设计的D-PHY物理层数字系统各个工作模式功能正确,且满足协议要求,Bang-Bang全数字锁相环可以起振且能够正确锁定频率。