如何將流傳感器與MIPI連接來平衡性能與功耗呢？

高速傳感器的數(shù)據(jù)流給設(shè)計人員帶來了吞吐量和延遲的挑戰(zhàn)。如果不仔細(xì)構(gòu)思和執(zhí)行，針對這些標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計可能會增加功耗。

無線應(yīng)用中的高分辨率、高幀率家庭安全攝像頭等需要頻繁更換電池或充電的設(shè)備可能會引起大多數(shù)用戶體驗(yàn)上的不滿，即使它在工作時以全質(zhì)量傳輸流。將流傳感器與 MIPI連接，可幫助設(shè)計人員利用各種操作模式（高速、超低功耗或介于兩者之間的模式）來平衡性能與功耗。

通過結(jié)合低占空比傳感器原理和 MIPI D-PHY 和 CSI-2 接口的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 290 fps 的無損流媒體性能，同時在適當(dāng)?shù)那闆r下降低分辨率和幀速率以節(jié)省能源。

Part 1

MIPI 和低占空比傳感器原理

MIPI 聯(lián)盟的成立是為了塑造移動設(shè)備的數(shù)據(jù)接口，其中延長電池壽命是首要任務(wù)。隨著智能手機(jī)攝像頭和顯示器的廣泛采用，MIPI 成為這些應(yīng)用的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)?；?MIPI 的相機(jī)現(xiàn)在越來越多地在非移動應(yīng)用中得到采用，包括汽車、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí) (VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR)、工業(yè)和醫(yī)療應(yīng)用。

MIPI D-PHY和 MIPI C-PHY模塊具有兩組優(yōu)化的 PHY，由管理高速、低功耗和超低功耗狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)控制，包括在數(shù)據(jù)通信時完全關(guān)閉以節(jié)省功耗處于非活動狀態(tài)。

許多傳感器應(yīng)用都適合這種低占空比配置。工作爆發(fā)發(fā)生在新的傳感器樣本周圍，可以是隨機(jī)的，也可以是周期性的。

隨機(jī)采樣提供了傳感器當(dāng)時狀態(tài)的快照，例如按下按鈕來讀取溫度讀數(shù)。

定期采樣以特定的時間間隔重復(fù)傳感器讀數(shù)。架構(gòu)師選擇定期采樣有三個原因：在已知時間尺度上關(guān)聯(lián)時域分析、在頻域中過濾或分析信號、或者在將信號轉(zhuǎn)換回人類友好的模擬格式之前對信號進(jìn)行數(shù)字化和處理。

雙成像傳感器操作環(huán)境的概念，通過在整個感興趣區(qū)域進(jìn)行子采樣來降低幀速率和像素數(shù)量，從而顯著降低 MIPI 傳輸速率。超低功耗傳感器上下文等待查看事件，例如某個物體移動。檢測事件會將傳感器、MIPI 接口和處理器切換到全功率環(huán)境，對感興趣區(qū)域中的所有像素進(jìn)行采樣、高幀速率、相應(yīng)的高速數(shù)據(jù)傳輸速率以及增強(qiáng)的對象跟蹤。

當(dāng)事件條件消退時，流鏈返回低功耗上下文，等待另一個事件。傳感器環(huán)境之間的功耗可以節(jié)省 20 倍或更多，并且較低的占空比可大大降低其平均功耗。

Part 2

Mira050 圖像傳感器

艾邁斯歐司朗的 Mira050 是一款 0.5 兆像素、全局快門背照式 CMOS 圖像傳感器，在可見光波長下量子效率為 93%，在近紅外波長下量子效率超過 50%。Mira050 現(xiàn)在使用 Mixel MIPI IP 作為其片外視頻接口。

Mixel 定制了其 D-PHY TX +解決方案，將 D-PHY v 2.1 和 CSI-2 v 1.3 功能結(jié)合在單個 IP 塊中。其高速傳輸和接收速度為每通道 1.5Gbps。在低功耗模式下，傳輸和接收運(yùn)行速度為 10Mbps。4 通道 D-PHY TX + IP 模塊提供更多數(shù)據(jù)通道以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。D-PHY TX + IP 經(jīng)過徹底重新設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)卓越的效率。它使用的面積比同類 D-PHY 通用配置少 30%，但通過其 BIST 功能提供其硬宏塊的 100% 測試覆蓋率。

Mira050 傳感器具有“全開”和“全待機(jī)”模式。然而，Mira050 可以將傳感器分辨率、采樣和幀速率優(yōu)化到兩個極端之間的設(shè)置，從而保持 MIPI 傳輸速率相應(yīng)同步。實(shí)際上，傳感器可以適應(yīng)其條件，僅使用足夠的功率來檢測逐幀運(yùn)動。

事件檢測從在傳感器視野中平鋪一個或多個感興趣區(qū)域開始。通過協(xié)調(diào) Mira050 傳感器分辨率和采樣、幀速率和 MIPI 傳輸速率，并在模式之間快速切換，可提供高達(dá) 290 fps 的毫不妥協(xié)的流媒體性能，同時通過在適當(dāng)?shù)那闆r下降低分辨率和幀速率來節(jié)省能源。 Mixel MIPI IP 是該解決方案不可或缺的一部分，提供性能、電源可管理性、一次硅成功和生產(chǎn)可測試性。

小結(jié)

MIPI 接口為在流傳感器中實(shí)現(xiàn)超低功耗提供了靈活性和可擴(kuò)展性。通過結(jié)合低占空比傳感器原理、MIPI D-PHY 和 CSI-2 接口的靈活性以及先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)卓越的性能和功耗效率。

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