MIPI C-PHY v3.0 bietet neue Kodierungsoption für Image Sensor Anwendungen der nächsten Generation

Die neueste Version unterstützt die Option zur Kodierung im 18-Wirestate-Modus und steigert damit die Leistung pro Lane um 30-35 Prozent.

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Die MIPI Alliance, eine internationale Organisation, die Schnittstellenspezifikationen für Mobilgeräte und von mobilen Anwendungen geprägte Industriezweige entwickelt, stellt ein wichtiges Update seiner hochleistungsfähigen, verbrauchsarmen und gegen elektromagnetische Interferenzen (EMI) unempfindlichen Interface-Spezifikation für Kameras und Displays vor. Mit der neuen Version 3.0 wird eine Möglichkeit zur Kodierung im 18-Wirestate-Modus eingeführt, welche die maximale Leistung einer C-PHY-Lane um etwa 30 bis 35 Prozent erhöht. Diese Verbesserung ermöglicht bis zu 75 Gbit/s Datenrate über kurze Kabelverbindungen und unterstützt damit die ständig wachsenden Anforderungen von Bildsensoren mit ultrahoher Bildauflösung und -qualität.

Die neue, effizientere Kodierungsoption 32b9s überträgt 32 Bits über neun Symbole und ergänzt die Vorteile von MIPI C-PHY hinsichtlich niedriger elektromagnetischer Störungen (EMI) und geringem Stromverbrauch. Für Kameraanwendungen ermöglicht der neue Modus die Verwendung niedrigerer Symbolraten oder Spurenanzahlen (Lane-Anzahlen) für bestehende Anwendungen beziehungsweise eine höhere Datenrate bei gleicher Lane-Anzahl. Damit werden neue Anwendungen mit hochauflösenden Bildsensoren unterstützt, wie beispielsweise:

• Die nächste Generation von Prosumer-Videoinhalten auf Smartphones mit hohem Dynamikbereich (HDR), intelligenter Region-of-Interest-Erkennung und Advanced Motion Vector-Erzeugung
• Systeme für Machine Vision-Qualitätskontrolle, die kleinste Fehler in sich schnell bewegenden Produktionsstraßen erkennen können
• Moderne Fahrassistenzsysteme-Systeme (ADAS) im Automobilbereich, die die Bewegung und das Verhalten von sich schnell bewegenden Objekten unter schwierigsten Lichtverhältnissen analysieren können.

C-PHY Eigenschaften und Leistungsmerkmale
MIPI C-PHY unterstützt die MIPI Camera Serial Interface 2 (MIPI CSI-2) und MIPI Display Serial Interface 2 (MIPI DSI-2) Ökosysteme in energieeffizienten Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit typischen Leitungslängen in mobilen Endgeräten, PC-Systemen und IoT-Anwendungen.

Die Spezifikation zeichnet sich aus durch:

• hohe Datenraten bei reduzierter Anzahl von Verbindungssignalen und eine besonders effiziente Stromversorgung zur Verbindung von Kameras und Displays mit einem Anwendungsprozessor. Dies ist auf die C-PHY-eigene effiziente dreiphasige Kodierung zurückzuführen, die die Anzahl der Systemverbindungen reduziert und elektromagnetische Störeinflüsse auf empfindliche RF-Empfängerschaltungen minimiert, die oft in unmittelbarer Nähe von C-PHY-Schnittstellen angeordnet sind.
• flexible Lane-Zuordnung innerhalb einer Verbindung, da C-PHY eine eingebettete Taktübertragung nutzt.
• niedrige Latenz beim Wechsel zwischen Hochgeschwindigkeits- und Niedrigenergiemodi.
• einen Alternate Low Power (ALP)-Modus, der einen Link-Betrieb ermöglicht, bei dem nur die Hochgeschwindigkeits-Signalebenen von C-PHY verwendet werden. Eine optionale „Fast-Lane-Turnaround”-Funktion, basierend auf ALP, unterstützt asymmetrische Datenraten und erlaubt so eine Optimierung der Übertragungsraten entsprechend den Systemanforderungen.
• C-PHY kann außerdem auf denselben physikalischen Gerätepins wie MIPI D-PHY implementiert werden, wodurch sich Dual-Mode-Geräte realisieren lassen.

Die Unterstützung für C-PHY Version 3.0 wurde in die aktuelle Spezifikation der eingebetteten Kamera- und Bildverarbeitungsschnittstelle MIPI CSI-2 v4.1 aufgenommen, die im April 2024 veröffentlicht wurde. Um die Integration in bestehende Systeme zu erleichtern, ist C-PHY v3.0 kompatibel zu früheren C-PHY-Versionen.

„MIPI C-PHY ist MIPIs auf dem ternärem Kodierungsprinzip basierende Physical-Layer-Schnittstelle für Smartphones, IoT-Geräte, Drohnen, Wearables, PCs sowie Kameras und Displays in Fahrzeugen”, erklärt Hezi Saar, Vorsitzender der MIPI Alliance. „Sie unterstützt kostengünstige Bildsensoren mit geringer Auflösung und weniger Drähten sowie Hochleistungsbildsensoren mit mehr als 100 Megapixeln. Die aktualisierte Spezifikation ermöglicht zukunftsweisende Anwendungen wie Video in Kinoqualität auf Smartphones, Qualitätskontrollsysteme für die maschinelle Bildverarbeitung und ADAS-Anwendungen im Automobilsektor.”

Kommende MIPI D-PHY-Updates
Die Entwicklungsarbeit an MIPI D-PHY, einer weiteren Physical-Layer-Schnittstelle der MIPI Alliance für kürzere Reichweiten, schreitet kontinuierlich voran. Die in 2023 eingeführte Version D-PHY v3.5 enthält eine eingebettete Taktoption für Display-Anwendungen, während die kommende Spezifikation v3.6 die Embedded-Clock-Unterstützung für Kamera-Anwendungen im Hinblick auf PC- und Client-Computing-Plattformen weiter ausbauen wird. Die nächste Vollversion v4.0 wird die Embedded-Clock-Unterstützung von D-PHY für die Nutzung in mobilen und weiterführenden Machine Vision-Anwendungen ausweiten und die Datenrate von D-PHY über die derzeitigen 9 Gbps pro Lane hinaus erhöhen.

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