mipi-rx之硬件篇
一 mipi-rx硬件
1.1.mipi-rx概念
• DSI 定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口,对应MIPI-TX.
• CSI(Camera Serial Interface）定义了一个位于处理器和摄像模组之间的高速串行接口,也就是接下来要讲的MIPI-RX
MIPI Rx (Mobile Industry Processor Interface Receiver) 模塊主要功能為接收由 CMOS sensor 所傳送的視頻數據， 支持 MIPI D-PHY、 sub-LVDS (Low-Voltage Differential Signal)、 HiSPi (High-Speed Serial Pixel Interface) 等不同的串行視頻信號輸入， 並將其處理轉化為內部視頻時序，傳遞給下一級的視頻處理模塊 (ISP)。MIPI Rx 模塊中可細分為 PHY 和 Controller 兩部分，其中 PHY 模塊集成了模擬和數字兩個部分，主要將串行信號轉換為並行信號，而 Controller 模塊則負責解碼不同的視頻數據格式，傳送給後端的視頻處理模塊 (ISP)。功能框圖及在系統中的位置如下图所示
1.2. 特点
• 可同時支持 2 路 sensor 輸入（2组D-PHY， 每组5对差分线（1C4D））
• sensor 0 最大支持 4K2K @60fps HDR or @30fps 線性輸入
• sensor 1 最大支持 3M(2304x1296) @60fps HDR or linear 輸入
• 單路最多支持 4-Lane MIPI D-PHY 接口，最大支持 2.5Gbps/Lane
• 單路最多支持 4-Lane sub-LVDS/ HiSPi 接口，最大支持 1.5Gbps/Lane
• 支持 RAW8/ RAW10/ RAW12 數據類型的解析
• 支持 YUV422 8-bit/ YUV422 10-bit 數據類型的解析
• 最多支持 2 幀 WDR，支持多種 WDR 時序
• 支持 sub-LVDS/ HiSPi 模式像素/同步碼大小端配置
• 支持 Lane 數和 Lane 順序可配置
MIPI Rx 的帶寬有兩部分限制： PHY 的接口數據率和內部處理速度。
輸入接口最大支持 2.5Gbps/Lane，內部處理速度最大為 600M*1pixels/s（MAC clk）。
1.3. MIPI Rx 支持接口類型
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Common mode voltage |
Differential mode voltage |
Maximum clock frequency |
Maximum data rate per lane |
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MIPI DPHY 200mV |
200mV |
1.25GHz |
2.5Gbps |
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Sub-LVDS 900mV |
150mV |
750MHz |
1.5Gbps |
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HiSPi(HiVCM) 900mV |
280mV |
750MHz |
1.5Gbps |
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HiSPi(SLVDS) 200mV |
200mV |
750MHz |
1.5Gbps |
1.4 硬件引脚及接线
常用的电脑摄像头是USB接口, 主流的智能手机摄像头是MIPI接口, 下面讲解常用的智能手机 camera MIPI接口。
MIPI CSI一般会有1对I2C通信引脚，1对MIPI差分时钟引脚和1~4对MIPI差分数据信号引脚, 也就是1CD4(1 clk lane & 4 data lane)。
1.4.1 sensor引脚描述
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信号名 |
引脚类型 |
描述 |
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DOVDD |
电源 |
1.8V IO 电源 |
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DVDD |
电源 |
1.2V 数字电源 |
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AVDD |
电源 |
2.8V 模拟电源 |
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SCL |
输入 |
I2C 时钟线 |
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SDA |
输入/输出 |
I2C 数据线(open drain) |
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SID0 |
输入 |
I2C Device ID 的选择 0 (内置下拉电阻，默认 Device ID 是 7’h30) |
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SID1 |
输入 |
I2C Device ID 的选择 1 (内置下拉电阻，默认 Device ID 是 7’h30) |
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XSHUTDN （RST） |
输入 |
复位信号输入(内置上拉电阻，低电位有效) |
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EXTCLK |
输入 |
时钟输入 |
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PWDNB |
输入 |
Power Down 信号输入(内置上拉电阻， 低电位有 效) |
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D<3>(MD3P) |
输出 |
DVP 输出 bit[3]/MIPI 数据 3 正极信号 |
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D<5>(MD1P) |
输出 |
DVP 输出 bit[5]/MIPI 数据 1 正极信号 |
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D<7>(MCP) |
输出 |
DVP 输出 bit[7]/MIPI 时钟正极信号 |
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D<8>(MD0P) |
输出 |
DVP 输出 bit[8]/MIPI 数据 0 正极信号 |
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D<10>(MD2P) |
输出 |
DVP 输出 bit[10]/MIPI 数据 2 正极信号 |
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D<4>(MD3N) |
输出 |
DVP 输出 bit[4]/MIPI 数据 3 负极信号 |
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D<6>(MD1N) |
输出 |
DVP 输出 bit[6]/MIPI 数据 1 负极信号 |
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PCLK(MCN) |
输出 |
DVP 输出时钟/MIPI 时钟负极信号 |
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D<9>(MD0N) |
输出 |
DVP 输出 bit[9]/MIPI 数据 0 负极信号 |
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D<11>(MD2N) |
输出 |
DVP 输出 bit[11]/MIPI 数据 2 负极信号 |
1.4.2 电路图线路结构
一般mipi接口的sensor支持4 lane，2 lane，1 lane等数据传输方式。上图硬件上的连接了1组clk lane, 4组data lane。这幅图只连接了i2c和lane总线，还有EXTCLK ，PWDN, RST, VDD等引脚需要外部soc去提供。
1.5. 差分信号
我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。
下图，应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。当V+ > V-时，信号定义成正极信号，V+ < V-时，信号定义成负极信号。 差分对的平均电压设置成 2.5V。
1.6. MIPI sensor的 power on时序（放在sensor专题）
Sony imx334
Sc4210
这里列举了sony imx334和格科微sc4210的上电时序，现在市面上大部分的mipi接口sensor都可以让VDD，PWDN, RST，EXTCLK讯号同时发出，然后过一段时间后就可以进行I2c通信了。
在HW交接到SW后，要确保最基本的power on时序是ok的，最好是用示波器对VDD，PWDN, RST，EXTCLK，I2c等波形进行测量无误后再porting到SW手上。