MIPI DSI (Interfaccia seriale di visualizzazione) funziona come un efficiente standard di interfaccia seriale creato dall'Alleanza MIPI. Collega i SoC a schermi di smartphone, tablet e molti dispositivi incorporati. Le configurazioni di solito hanno da 1 a 4 corsie di dati. Ogni corsia gestisce fino a 1,5 Gbps o anche di più nelle versioni più recenti. Ciò fornisce una larghezza di banda totale fino a 6 Gbps o superiore. L'approccio taglia i numeri di pin molto. Allo stesso tempo, invia dati video e segnali di controllo bene.

Introduzione al DSI

Gli schermi moderni hanno bisogno di modi intelligenti per spostare i dati. Devono gestire immagini ad alta risoluzione senza problemi. MIPI DSI soddisfare questa richiesta. Offre un collegamento seriale che riduce il consumo di energia e le esigenze di spazio. Questo accade se confrontato con le vecchie interfacce RGB parallele. Ad esempio, nei dispositivi con risoluzione 1440p, un fotogramma contiene oltre 5,6 milioni di pixel. Con una frequenza di aggiornamento di 60 Hz, il link gestisce circa 340 milioni di pixel al secondo. MIPI DSI gestisce questo con corsie seriali veloci. Questi utilizzano segnalazione differenziale a bassa tensione, spesso intorno a 200 mV di oscillazione. Questo passo riduce l'interferenza elettromagnetica (EMI) e l'usura di potenza.

Le configurazioni spesso dispongono di una corsia di orologio dedicata e da 1 a 4 corsie di dati. Nei sistemi basati su D-PHY, ogni data lane arriva a 2,5 Gbps. Una configurazione a 4 corsie raggiunge quindi una larghezza di banda totale di circa 10 Gbps. Questa quantità funziona per 4K a 60 Hz una volta che si considera l'overhead del protocollo.

L'interfaccia funziona in due modalità principali per rimanere efficiente.

Modalità ad alta velocità (HS)

Si attiva per aggiornamenti di fotogrammi durante contenuti animati come video o scorrimento. I burst di dati avvengono rapidamente. Spesso finiscono in soli millisecondi per un trasferimento di fotogrammi.

Modalità a bassa potenza (LP)

Questa modalità si attiva durante i momenti di contenuto o silenzio. La velocità dei dati è inferiore ai 10 Mbps. La potenza scende a microwatt. Ciò significa oltre il 99% di risparmio rispetto alla modalità HS. Di conseguenza, i display sempre attivi utilizzano molto poca batteria. Possono ancora mostrare cose come l'ora o le notifiche.

DSI offre due modi per inviare dati.

modalità video

Trasmette pixel tutto il tempo. Questo si adatta alle applicazioni che richiedono aggiornamenti costanti.

Modalità comando

Questo è comune in AMOLED e molti pannelli LCD. Il SoC invia pacchetti di immagini compresse e disegna comandi in un buffer di fotogrammi sul pannello. Quindi il driver del display aggiorna i pixel da solo. Ciò consente all'interfaccia e al processore di rimanere in stati a bassa potenza la maggior parte del tempo. La durata della batteria è molto più lunga in questo modo.

Cosa sono D-PHY e M-PHY?

MIPI D-PHY e M-PHY costituiscono le principali interfacce a livello fisico (PHY) nel mondo MIPI. Ognuno soddisfa determinate esigenze di prestazioni e potenza.

D-PHY funge da scelta standard per schermi mobili e fotocamere. Si basa sul clocking sincrono sorgente. Ha una corsia di orologio e diverse corsie di dati. La modalità ad alta velocità supporta velocità fino a 2,5 Gbps per corsia (nelle versioni v1.2). La modalità Low-Power gestisce il controllo sotto i 10 Mbps. Una normale configurazione D-PHY a 4 corsie fornisce quasi 10 Gbps per 1080p a 60 Hz. Mantiene anche una buona efficienza energetica.

M-PHY mira a compiti più difficili. Questi includono storage, modem e imaging avanzato. Utilizza clocking incorporato con codifica 8b/10b. Ciò elimina la necessità di una corsia di orologio separata. Il numero dei pin diminuisce. Permette anche stati di potenza dinamici come STALL, SLEEP e HIBERNATE. Questi portano una latenza inferiore e risparmi maggiori. Le versioni più recenti (v5.0) raggiungono fino a 11,6 Gbps per corsia con ingranaggi scalabili (ad esempio, Gear3 a 5,8 Gbps, Gear4 a 11,6 Gbps). M-PHY funziona bene per traffico esploso o costante in configurazioni complesse.

Le differenze chiave si evidenziano.

• Clocking: D-PHY ha una corsia di orologio dedicata. M-PHY costruisce l'orologio all'interno.

• State di alimentazione: D-PHY utilizza le modalità HS/LP. M-PHY fornisce diversi stati avanzati.

• Velocità: D-PHY arriva a ~2,5 Gbps/lane. M-PHY aumenta fino a ~11,6 Gbps/lane.

• Applicazioni: D-PHY conduce in display (DSI) e telecamere (CSI). M-PHY brilla in storage (UFS) e link inter-chip (UniPro).

D-PHY rimane comune per i display. Beneficia di un lungo utilizzo, design più semplice e potenza sintonizzata per i modelli di aggiornamento. M-PHY vede più uso dove l'alta larghezza di banda è importante. Esempi includono video UHD, AR / VR e sistemi automobilistici.

Il rapporto tra DSI e interfacce a livello fisico

MIPI DSI imposta il protocollo. Copre l'organizzazione dei dati, la struttura dei pacchetti, il timing e i comandi. Il PHY sotto di esso gestisce i segnali elettrici sulle tracce del PCB.

DSI crea pacchetti che trasportano dati di pixel, informazioni di sincronizzazione e istruzioni. Il PHY li trasforma in segnali differenziali. In D-PHY, i dati paralleli (8 o 16 bit) cambiano in flussi seriali veloci. Le velocità raggiungono i 2,5 Gbps per corsia con swing HS di 200 mV e segnalazione LP di 1,2 V. Gli interruttori di modalità avvengono rapidamente. Questo mantiene la potenza bassa durante i momenti di quiete.

Per 60 fps video su uno smartphone, DSI avvia la modalità HS per frame burst. Quindi scende in modalità LP tra fotogrammi. La potenza dell'interfaccia scende da oltre 50 mW a meno di 5 mW. PHY mantiene la qualità del segnale forte sulle tracce. Si punta a tassi di errore bit inferiori a 10^-12. DSI aggiunge il rilevamento degli errori CRC per aiutare.

Le scelte PHY comuni per DSI includono queste.

• D-PHY: Ha guidato per oltre dieci anni. Utilizza 1 orologio 1-4 corsie dati (al massimo 9 cavi). Si dimostra affidabile per la maggior parte dei display mobili e incorporati.

• C-PHY: Applica la codifica a 3 fasi su trio (3 cavi per corsia). Ciò garantisce una migliore efficienza spettrale. Due trio (6 cavi) possono superare la larghezza di banda D-PHY a 4 corsie. Si adatta a spazi ristretti con pannelli ad alta risoluzione come 4K.

Il PHY selezionato imposta larghezza di banda, consumo di energia e bisogni di pin / PCB. D-PHY copre la maggior parte dei display mobili. Gli avanzati come C-PHY gestiscono le crescenti esigenze di risoluzione.

Domande frequenti

Qual è il principale vantaggio di MIPI DSI rispetto alle interfacce parallele?

MIPI DSI riduce il numero di pin di oltre l'80%. Riduce il consumo di energia con commutazione di modalità. Supporta alta larghezza di banda per le risoluzioni attuali. Inoltre riduce l'EMI.

Quale PHY è più comunemente utilizzato con MIPI DSI nei dispositivi mobili?

D-PHY rimane il più utilizzato. Questo è dovuto alla sua lunga storia, alla costruzione più semplice e alla grande efficienza energetica per i modelli di aggiornamento del display.

MIPI DSI può supportare display 4K a 60 Hz?

- Sì. - Sì. Una configurazione D-PHY a 4 corsie a 2,5 Gbps per corsia fornisce una larghezza di banda sufficiente (quasi 10 Gbps in totale). Gestisce 4K a 60 Hz, compresi gli overhead.

Qual è la differenza tra modalità video e modalità comando in DSI?

La modalità video trasmette i dati pixel senza interruzioni. La modalità comando invia immagini compresse e istruzioni in un buffer sul pannello. Il pannello si rinfresca da solo. Ciò consente un miglior risparmio energetico per i contenuti fissi.

M-PHY è compatibile con MIPI DSI?

M-PHY funziona principalmente con altri protocolli come UniPro. DSI di solito si accoppia con D-PHY o C-PHY. Gli sforzi più recenti guardano a M-PHY per le attività di visualizzazione avanzate.

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