超低功耗流传感器中的MIPI部署

芝能智芯出品

高速传感器的数据流给设计人员带来了吞吐量和延迟的挑战。如果不仔细构思和执行，针对这些标准优化设计可能会增加功耗。

无线应用中的高分辨率、高帧率家庭安全摄像头等需要频繁更换电池或充电的设备可能会引起大多数用户体验上的不满，即使它在工作时以全质量传输流。将流传感器与 MIPI®连接，可帮助设计人员利用各种操作模式（高速、超低功耗或介于两者之间的模式）来平衡性能与功耗。

通过结合低占空比传感器原理和 MIPI D-PHY 和 CSI-2 接口的灵活性，可以实现高达 290 fps 的无损流媒体性能，同时在适当的情况下降低分辨率和帧速率以节省能源。

MIPI 联盟的成立是为了塑造移动设备的数据接口，其中延长电池寿命是首要任务。随着智能手机摄像头和显示器的广泛采用，MIPI 成为这些应用的事实上的标准。基于 MIPI 的相机现在越来越多地在非移动应用中得到采用，包括汽车、物联网、虚拟现实 (VR)、增强现实 (AR)、工业和医疗应用。

MIPI D-PHY®和 MIPI C-PHY®模块具有两组优化的 PHY，由管理高速、低功耗和超低功耗状态的状态机控制，包括在数据通信时完全关闭以节省功耗处于非活动状态。

许多传感器应用都适合这种低占空比配置。工作爆发发生在新的传感器样本周围，可以是随机的，也可以是周期性的。

随机采样提供了传感器当时状态的快照，例如按下按钮来读取温度读数。

定期采样以特定的时间间隔重复传感器读数。架构师选择定期采样有三个原因：在已知时间尺度上关联时域分析、在频域中过滤或分析信号、或者在将信号转换回人类友好的模拟格式之前对信号进行数字化和处理。

双成像传感器操作环境的概念，通过在整个感兴趣区域进行子采样来降低帧速率和像素数量，从而显着降低 MIPI 传输速率。超低功耗传感器上下文等待查看事件，例如某个物体移动。检测事件会将传感器、MIPI 接口和处理器切换到全功率环境，对感兴趣区域中的所有像素进行采样、高帧速率、相应的高速数据传输速率以及增强的对象跟踪。

当事件条件消退时，流链返回低功耗上下文，等待另一个事件。传感器环境之间的功耗可以节省 20 倍或更多，并且较低的占空比可大大降低其平均功耗。

艾迈斯欧司朗的 Mira050 是一款 0.5 兆像素、全局快门背照式 CMOS 图像传感器，在可见光波长下量子效率为 93%，在近红外波长下量子效率超过 50%。Mira050 现在使用 Mixel MIPI IP 作为其片外视频接口。

Mixel 定制了其 D-PHY TX +解决方案，将 D-PHY v 2.1 和 CSI-2 v 1.3 功能结合在单个 IP 块中。其高速传输和接收速度为每通道 1.5Gbps。在低功耗模式下，传输和接收运行速度为 10Mbps。4 通道 D-PHY TX + IP 模块提供更多数据通道以实现更高的传输速率。D-PHY TX + IP 经过彻底重新设计，以实现卓越的效率。它使用的面积比同类 D-PHY 通用配置少 30%，但通过其 BIST 功能提供其硬宏块的 100% 测试覆盖率。

Mira050 传感器具有“全开”和“全待机”模式。然而，Mira050 可以将传感器分辨率、采样和帧速率优化到两个极端之间的设置，从而保持 MIPI 传输速率相应同步。实际上，传感器可以适应其条件，仅使用足够的功率来检测逐帧运动。

事件检测从在传感器视野中平铺一个或多个感兴趣区域开始。通过协调 Mira050 传感器分辨率和采样、帧速率和 MIPI 传输速率，并在模式之间快速切换，可提供高达 290 fps 的毫不妥协的流媒体性能，同时通过在适当的情况下降低分辨率和帧速率来节省能源。 Mixel MIPI IP 是该解决方案不可或缺的一部分，提供性能、电源可管理性、一次硅成功和生产可测试性。

MIPI 接口为在流传感器中实现超低功耗提供了灵活性和可扩展性。通过结合低占空比传感器原理、MIPI D-PHY 和 CSI-2 接口的灵活性以及先进的图像处理技术，可以实现卓越的性能和功耗效率。

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