原创 MIPI DPHY接口的若干种实现方案概述

MIPI DPHY接口的若干种实现方案概述

一、MIPI DPHY接口简介

    MIPI  DPHY是MIPI的一种物理层，其协议层有CSI和DSI两种，其中CSI主要用于图像接入，如图像传感器Sensor；DSI主要用于图像输出，如手机屏幕等。

    有关MIPI DPHY及CSI和DSI的技术背景可以Google，技术细节也可以参阅对应的标准文档（标准可扫描二维码添加公众号或QQ群获取）。这里主要介绍以下几个关键点：

    （1）MIPI DPHY的是源同步系统，由发送端输出时钟；

    （2）MIPI DPHY分为低速（LP）和全速（HS）两种传输状态，其中低速模式下不强制要求输出时钟且电平标准不一样；

    （3）MIPI DPHY在LP状态下输出电平是LVCMOS 1.2V，在HS状态输出电平为SLVS。

     MIPI DPHY物理层的以上三个关键的特性，就意味着实现它具有一定特殊性，下面就实现方案一一道来。

二、MIPI DPHY RX实现

     DPHY RX包括CSI和DSI两种协议。MIPI CSI常用于图像传感器Sensor接入（实际上几乎所有的消费级CMOS Sensor的输出接口都是MIPI），其中最广泛的要数手机摄像头了。MIPI DSI主要用于显示，其中手机屏幕、PAD之类的消费级产品几乎都是，其中DSI的RX一般是在屏端，有专门的ASIC直接实现或转成LVDS，这样的芯片有ICN6201、ZA7783、SSD2130、SSD2212等专门芯片，这里不展开介绍。主要是对MIPI DPHY CSI接收的几种实现方案展开说明。

   （1）实现方案一

采用带MIPI （DPHY RX）接口的专门处理器（SoC）。这方面手机就是典型的例子，无论是高通、华为还是三星，它的手机SoC一定支持MIPI DPHY接口，最新的还支持CPHY（一种内嵌时钟的3线/Tri的传输方式）。使用专门处理的实现方式咱们不细说了，这个地球人都了解。

   （2）实现方案二

    采用专门的接口转换芯片。对不能直接支持MIPI DPHY接口的处理平台又必须接入MIPI的，往往会考虑采用专门的接口转换芯片，如TOSHIBA的TC358746AXBG和TC358748XBG系列，前者实现从MIPI CSI到24bit并行数据的转换，后者实现24bit并行数据到MIPI CSI的转换。这样，接口的实现方案就变成如下图1所示了。

图1  MIPI CSI和并口互转方案示例

    （3）实现方案三

     使用FPGA。在很多情况下，需要FPGA来实现一些定制化的需求。使用FPGA的方案，大约归纳起来有三种：

     a）采用带支持MIPI_DPHY_DCI IO standard的通用FPGA

     目前熊猫君了解到的可以直接支持MIPI_DPHY_DCI电平标准的FPGA仅有Xilinx的UltraScale系列和UltraScale+系列的直接支持（HP BANK Only），IO结构如图2。不过呢，这两个系列的FPGA是Xilinx的最新的高端器件架构，价格可是不菲。

图2 UltraScale(+) MIPI DPHY DCI IO结构

      b）采用低成本专用FPGA

 说起专用MIPI接口FPGA，Lattice应该是典范，他们家有一个专门的CrossLink系列支持MIPI DPHY CSI和DSI，请看下表1。

表1 Lattice CrossLink系列器件列表

 从表1可以看出，该系列FPGA的逻辑量均为5936个LUT，支持1~2个4Lane MIPI通道，小封装低功耗，非常适合做MIPI到并口之间或MIPI到LVDS之间的接口转换，实现思路如图3所示。

图3 CrossLink器件实现架构

c）电平转换LVDS后接入FPGA

FPGA接入的第三种方法就是通过将SLVS电平转换到LVDS接入FPGA，这种方案不挑FPGA，只要支持LVDS且IO速率够，逻辑量够用就行。针对不同的速率，一般有两种做法：

第一种做法：采用电阻网络进行电平转换。

这种方法主要针对单Lane通道速率在800Mbps以下的情况，电阻匹配网络的设计如下图4所示。

图4 MIPI DPHY电阻匹配网络接收方案

第二种做法：使用专门ASSP芯片转换到LVDS。

使用专门ASSP进行转换主要针对单Lane速率在800Mbps以上的情况，目的是为了确保信号完整性，确保在高速率下的眼图质量。当然，这种方法也不挑FPGA，用哪家的都行，只要支持LVDS且IO速率够，逻辑量够用就可以了。国外有一家公司专门做这种MIPI DPHY转LVDS的ASSP芯片（MC20001），实现方案如下图5所示，这种方案可以支持到2Gbps/Lane速率以上，只要FPGA的IO速率够用。

图5 使用MC20001转换ASSP接收方案

以上就是对MIPI CSI几种实现办法的简单总结。

三、MIPI DPHY TX实现

MIPI DPHY TX实现方案跟MIPI DPHY RX一样，也是分成三大类：①采用带MIPI （DPHY TX）接口的专门处理器（SoC）、②采用专门的接口转换芯片、③使用FPGA。第①项不再赘述，仅就②③项与MIPI DPHY RX的实现差异部分做描述。

（1）采用专门的接口转换芯片

MIPI DPHY TX专门的并口（DPI）转MIPI的片子很多，比如支持DSI协议的有晶门科技，就是专门从事此类显示相关桥片的设计（如SSD2828）；还有前面提到的TOSHIBA，也提供并口到MIPI CSI的互转。

（2）使用FPGA

使用FPGA还是三种种选择，一种是使用支持MIPI DPHY标准的UltraScale（+）器件，一种是使用Lattie的专用CrossLink系列器件（参照前文），一种是使用通用FPGA。使用通用FPGA也是一样，可以使用电阻网络进行电平的转换或使用专用的ASSP芯片，对速率适配的条件也是一样，下图6是使用通用FPGA的实现方案。

图6 使用通用FPGA实现MIPI DPHY TX方案。

以上是对实现MIPI DPHY的若干种方案描述，希望能对有需求的同行们起到抛转引玉的作用，其中有不对之处，请不吝赐教。有关技术方面的探讨，欢迎加入QQ群或微信公众号讨论交流。