MIPIインターフェイス、プロトコル、および標準について:包括的なガイド

モバイル機器や電子機器の開発における多くの進歩は、コネクティビティ規格の開発によって大きく促進されたことが証明されています。これらのうち、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)テクノロジーは、コンポーネント間のデータ通信のパフォーマンスと効率に貢献するものとして注目できます。この特定の記事は、MIPIインターフェース、プロトコル、および規格、および現在の電子機器の時代におけるそれらが果たす重要な役割についての深い知識を提供することを目的としています。

1.MIPIとは?

MIPI(Mobile Industrial Processor Interface)は、周辺機器やセンサーをモバイルデバイス内の組み込みプロセッサに接続するためにMIPI Allianceによって開発された一連の標準化されたインターフェースです。このインターフェースは、低消費電力、高速、柔軟性を考慮して設計されているため、スマートフォンやタブレットなどのモバイル機器での使用に最適です。これは、モバイルデバイスと電子機器コンポーネント間の高速データ転送を容易にするように設計されています。MIPI Allianceは、2003年に業界のリーダーによって結成され、モバイルおよびモバイルの影響を受ける業界におけるインターフェースのオープンスタンダードを開発および促進しています。

2.MIPIインタフェースについて

電子機器のインターフェースは、情報が渡される共有境界です。MIPIインターフェースには、MIPI-CSI2、MIPI D-PHY、MIPI C-PHY、MIPI M-PHY、MIPI I3Cなど、さまざまなタイプがあります。各インターフェイスには、データレート、消費電力、および物理層の実装に関して、特定の目的と異なる特性があります。

• MIPI CSI(カメラシリアルインターフェース): カメラセンサーとプロセッサを接続し、画像データの高速伝送を可能にするために使用されます。
• MIPI DSI (ディスプレイ・シリアル・インターフェース): ディスプレイをプロセッサに接続し、効率的な通信と高品質のビジュアル出力を保証します。
• MIPI C-PHY および D-PHY: 高速データ転送用の物理層インターフェースC-PHYは三相符号化方式を使用し、D-PHYは差動信号方式を採用しています。

これらのインターフェースは、スペースと電力効率が最重要視されるスマートフォン、タブレット、その他のポータブル機器において重要です。

2.1MIPIプロトコルの調査

MIPIプロトコル データ交換のルールを管理します。ザミピ-プロトコルには次のものが含まれます。

• MIPI CSI-2(ミピCSI-2)(MIPIカメラシリアルインターフェース):広く使用されているMIPIコネクタ カメラ接続では、高解像度イメージセンサーとビデオアプリケーションをサポートします。これにより、低消費電力と効率的なデータ転送が保証されます。
• MIPI DSI-2(ミピ DSI-2)(MIPIディスプレイシリアルインターフェース): ディスプレイインターフェイス用に設計されており、高解像度画面をサポートし、低遅延と高帯域幅で視覚体験を向上させます。

MIPIプロトコルは、異なるコンポーネント間の互換性と相互運用性を確保し、シームレスな通信と機能を可能にします。

2.2MIPI規格

規格は、一貫性と信頼性を確保するために重要です。主なMIPI規格は次のとおりです。

• MIPI CSI-2: 最大8Kの解像度をサポートするカメラのインターフェイスを定義します。
• MIPI DSI-2: ディスプレイのインターフェイスを指定し、高いリフレッシュレートと低消費電力を確保します。
• MIPI I3Cの I2Cと比較して高い性能と電力効率を提供する次世代のセンサー・インターフェース。
• MIPI UniProの特長: デバイス内のさまざまなサブシステムを相互接続するための汎用性の高い規格。

これらの標準に準拠することで、デバイスが効果的に通信できるようになり、パフォーマンスとユーザーエクスペリエンスが向上します。

2.3MIPIアーキテクチャ

MIPIシステムのアーキテクチャは、効率的なデータ転送をサポートするように設計されています。主なコンポーネントは次のとおりです。

• コント ローラー：コンポーネント間のデータフローを管理します。
• 物理層 (PHY): 信頼性の高い信号伝送を確保します。
• プロトコル層: データ交換のルールを管理します。

この階層型アーキテクチャにより、デバイスの異なる部分間で高性能かつ堅牢な通信が可能になります。

3.mipiカメラはどのように機能しますか?

現在、基本的にすべてのスマートフォンデバイスにはカメラが搭載されています。最も安価なスマートフォンモデルでさえ、組み込みカメラが装備されています。ソーシャルメディアのこのデジタル時代において、モバイルカメラはあらゆるタイプのモバイルユーザーにとってなくてはならないものです。

MIPIインターフェースをサポートするカメラセンサーは、MIPIカメラと呼ばれます。これらのカメラは、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、その他のポータブルデバイスによく見られます。

モバイルデバイス用のエンベデッドビジョンシステムは、通常、次のコンポーネントで構成されています。

• 撮像素子:このコンポーネントには、画像のキャプチャと、そのデジタル化方法が含まれます。
• MIPIインターフェース: このインターフェースは、基本的にカメラセンサーとホストプロセッサ間のブリッジとして機能します。MIPIは、デジタル画像の転送に使用される物理層とプロトコル層を指定するインターフェイスです。
• レンズ：外側から内側へ:レンズを通して、外部光はIRフィルターによって処理され、センサーの表面に焦点を合わせて、レンズを通過する光から電気信号を生成します。その後、信号は内部A/Dによってデジタル化されます。

したがって、mipiカメラは次のように動作します–イメージセンサーの助けを借りて画像が記録され、画像がデジタルドメインに変換され、最後に、信号がMIPIインターフェースを介してプロセッサに送信されます。プロセッサは、後でオブジェクトのデジタル画像を変換し、画面に表示します。

4.mipiの進化史

4.1MIPI CSI-1(ミピCSI-1)

MIPI CSI-1は、組み込みカメラとホストプロセッサ間の接続プロトコルを規定したMIPIインターフェースアーキテクチャの最初のバージョンです。

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPIは、ハンドヘルド・モバイル・コンピューティング・デバイスの組み込み処理プラットフォームにカメラ・センサー信号を送信するために使用される通信プロトコルである。このプロトコルは、カメラセンサーから組み込みプロセッサに画像を転送するためのカメラセンサーと組み込みプロセッサ間の相互接続を設計するために、MIPI Allianceが提供するカメラインターフェイスの物理およびプロトコル層仕様に基づいています。

MIPI CSI-1仕様の物理層とプロトコル層は、物理層の電気的特性と信号特性、およびプロトコル層のプロトコルとパケット構造をそれぞれ決定します。また、カメラとホストプロセッサの間で画像データ、制御データ、およびその他の情報を転送するためにも使用されました。MIPI CSI-1は差動信号方式を採用し、最大1Gbpsのデータ転送速度を提供することができた。

MIPI CSI-1 プロトコルはレガシー プロトコルであり、CSI-2 や CSI-3 などの高度な後継プロトコルでは廃止されました。CSI-1インターフェースはほぼ廃止されていますが、一部のレガシーシステムではまだ見られます。

4.2MIPI CSI-2(ミピCSI-2)

MIPIのCSI-2 は、第 2 世代の MIPI CSI インターフェイスであり、カメラ シリアル インターフェイスとも呼ばれます。CSI-1プロトコルと同様に、MIPIのCSI-2 また、MIPI Allianceフレームワークに基づいて開発されており、モバイルエンベデッドビジョンシステムにおける画像データ転送の物理層とプロトコル層を網羅しています。

現時点では、MIPIのCSI 2 インターフェースは、スマートフォンやタブレットのカメラとプロセッサの接続の主流のソリューションであると考えられています。前述したように、MIPI CSI-2はカメラセンサーと組み込みプロセッサによって広くサポートされています。CSI-2 プロトコルは、元の CSI-1 プロトコルと比較して、より優れた機能および追加特性を提供します。MIPIのCSI 2 は、より一般的なシリアルリンク上で高い転送速度を提供する目的で開発された別のインターフェイス規格であり、次のような方法で差動信号を利用します。MIPI CSIの1 最大3のデータレートを提供します。5 Gbps です。

MIPIの最初のバージョンCSI2の は 2005 年にリリースされ、次のプロトコル層で構成されていました。

• 物理層
• 車線結合レイヤー
• 低レベルプロトコル層
• ピクセルからバイトへの変換レイヤー
• アプリケーション層

2017年には、MIPI CSI-2の2番目のバージョンがリリースされました。このバージョンは、RAW-16およびRAW-20の色深度、32の仮想チャンネル、およびLRTE(低遅延削減と転送効率)を特徴としていました。3 番目のバージョンのCSI2の 2019年にリリースされたプロトコルには、CSI-2のRAW-24色深度が含まれています。

主要部分はMIPI CSI-2規格で構成されており、CSI-2EとCSI-2EはMIPI CSI-2の拡張と見なされます。これらの拡張機能は、より高いデータレート、より長いケーブル、改善されたエラー制御などの追加サポートを提供するのに役立ちます。

MIPI CSI-2は一般的に使用されており、高性能な領域を備えているため、MIPI CSI-2は自律走行車、ドローン、スマートコネクテッドシティ、バイオメディカルイメージング、ロボティクスに適用されます。

5.mipiインターフェースをカメラのコネクタインターフェースとして使用する利点

USBカメラとmipiカメラは、現在モバイルデバイスや組み込みビジョンシステムで広く使用されている2種類のカメラセンサーです

モバイルデバイスや組み込みビジョンシステムにUSBカメラではなくmipiカメラを使用する理由はいくつかあります。

• 生態系： MIPI Allianceには、MIPIカメラと互換性があり、MIPIカメラに最適なコンポーネントの中でも特に、イメージセンサー、レンズの非常に活気のあるコミュニティがあり、MIPIカメラに基づくシステムの開発を容易にします。
• サイズとフォームファクタ:MIPIカメラは、USBカメラよりも物理的に小型でスリムであるため、小型でスリムなデバイスへの統合に適しています。
• 柔軟性: 柔軟性: MIPIカメラ USBカメラとは異なり、多くの種類のプロセッサやイメージセンサーと互換性があります。
• データレート: ザMIPIカメラ USBカメラよりもはるかに高いデータレートで画像データをストリーミングできるため、高解像度および高フレームレートのアプリケーションに役立ちます。
• 消費電力: CSIカメラ エネルギー効率が非常に高いため、ハンドヘルドデバイスやバッテリーで動作するデバイスで使用できます。

6.MIPI技術の今後の動向

の未来MIPIの テクノロジーは有望であり、次のようなトレンドがあります。

• AI統合: 人工知能でデバイスの機能を強化し、機能を向上させます。
• 高帯域幅インターフェイス: 8Kビデオ以降をサポートします。
• エネルギー効率の向上: 消費電力を削減し、バッテリー寿命を延ばします。

これらの進歩は、エレクトロニクス業界のイノベーションを推進し続けるでしょう。

あるすべてで ll,MIPIテクノロジーは、電子機器内のコネクティビティに革命をもたらし、電力効率を維持しながら効率的で高速なデータ転送を提供します。MIPIインターフェース、プロトコル、および規格を理解することは、最新の電子機器の開発に携わるすべての人にとって非常に重要です。技術が進化するにつれて、MIPIは最前線に立ち続け、デバイス性能の新たな可能性と改善を推進します。

FAQ：

MIPI C-PHY と D-PHY の違いは何ですか?

MIPI C-PHY は、三相符号化方式を使用してデータを送信し、より少ないピンでより高い帯域幅を提供します。MIPI D-PHY は差動信号方式を使用しますが、これはより単純ですが、より高いデータ レートを得るためにより多くのピンが必要になる場合があります。

新しいデザインにMIPIインターフェースを実装する方法は?

MIPIインターフェイスを実装するには、適切なMIPI仕様を選択し、互換性のあるコンポーネントを統合し、最適なパフォーマンスと相互運用性のためにMIPI規格に準拠する必要があります。