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FPGAを用いたMIPIインタフェース開発

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MIPIのロジック開発から基板製造まで
近年、イメージセンサの需要は高まる一方で、MIPIインタフェースの開発は必須事項となりつつあります。東京エレクトロンデバイスは、Lattice社の国内正規代理店としてMIPI関連製品を扱うほか、設計・受託サービスで蓄積したノウハウを基に、お客様が抱えるMIPIに対する課題も解決いたします。

イメージセンサのインタフェース MIPIとは

近年、デジタルカメラ、車載カメラ、産業用マシンビジョンなど幅広い用途でイメージセンサの需要が今まで以上に拡大しています。それにともない、映像システムへの要求仕様も時代を追うごとに高性能化が進んでおります。

【例】
・色深度:RGB 8bit → 12bit
・解像度:FullHD 1920×1080 → 4K 3840×2160
・フレームレート:30fps → 60fps

また映像データを転送するためのインタフェースのトレンドも、イメージセンサの高性能化にあわせて変化しています。

・伝送ライン本数を削減
・伝送ライン1本あたりの伝送帯域の高速化
・差動信号採用による低電圧化、消費電力の低減

最近のイメージセンサでは、これらの要求を満たすことのできる映像用高速インタフェース規格、MIPI が広く採用されています。

 

イメージセンサのインタフェース-MIPIとは

MIPI 設計時の課題

イメージセンサのインタフェース用途として一般的な規格となった MIPIですが、実際の設計の現場においては、依然として以下のような課題に直面することが多くあります。

課題1 インタフェースの不一致

イメージセンサとその後段のプロセッサや画像処理デバイスの間で、IO規格が一致しないため直結できない。またはポート数が足りない。
インタフェースの不一致

課題2 基板設計の難易度

数百Mbps以上の高速伝送が必要となり、かつ基板上すべてのレーンが等配線遅延になることが求められ、基板設計が難しい。
基板設計の難易度

課題3 技術の世代交代が早い

高機能化や多様化による映像技術の世代交代が早い。インタフェースブリッジASSPは、比較的容易に適用可能であるが、スペックが固定されるため映像技術の進歩にあわせた機能拡張に対応することが難しい。特に旧世代製品については長期供給されないケースが多い、購入数量条件が厳しい、といったデメリットがある。
技術の世代交代が早い

FPGAによる課題解決

ASSPのデメリットである機能拡張性や入手性の問題を解決するためには、FPGAの活用がおすすめです。

・MIPIインタフェース回路のほかに、ユーザーデザインの追加が可能
・画像処理を行うメインチップの負荷を分散したり、独自の映像処理回路を実装して、機能の差別化を図ることが可能
・イメージセンサが変更になってもブリッジチップの変更が不要であるため基板の改版リスクが小さい
・採用中のFPGAが終息となった場合であっても、他のFPGAへの移行が比較的容易

課題解決可能なFPGA

MIPIインタフェースに加えてプロセッサ、画像処理などの 機能実装を検討する場合

Zynq UltraScale+ MPSoC
ザイリンクス社: Zynq UltraScale+ MPSoC
・16nm FinFET+ プログラマブルロジック
・クワッド Arm Cortex-A53、Arm Mali-400MP2、H.264/H.265
 ビデオコーデック搭載のラインアップ有
・さまざまな高速シリアルインタフェース規格をサポート
・MIPI データレートは1レーンあたり最大2.5Gbps

 

ASSPに近いイメージで手軽にMIPIインタフェースのブリッジを行いたい場合

Lattice社:CrossLink
Lattice社:CrossLink
・Lattice Nexus Platform (28nm FD-SOIプロセス) 採用により
 消費電力、ソフトエラーレートを大幅に低減
・2.5 Gbps ハードウェア MIPI D-PHY、PCI Express Gen2 を
 はじめ、DDR3メモリインタフェース、差動I/Oなどのさまざまな
 インタフェースをサポート
・最小で3.7×4.1mmの小型パッケージを提供

デザインサービスを活用して設計負荷低減

画像システムの開発に必要な技術は多岐にわたるため、全ての分野を自社でカバーできないケースも考えられます。

・FPGA論理設計
・ホストプロセッサに搭載されるSoCのファーム開発/デバイスドライバ開発
・評価環境構築
・数百Mbps以上の速度が要求される基板設計・基板製造・部品調達・基板評価(試作・量産)
・他社との差別化機能の実装

このようなお悩みに対して、弊社のデザインサービスでは、下記の通り、FPGAにまつわる知見や経験など、数十年に渡って蓄積したノウハウをバックグラウンドにした、映像システム開発のデザインサービスをご提案することが可能です。


・ザイリンクス社の公式デザインサービスパートナー
・Lattice社の国内正規代理店
・自社開発による多数のFPGA評価ボード製品を保有
・年間100案件のFPGAデザインサービス実績
放送局との協業で8K映像システム開発実績

 

映像システム開発に関連する課題をお抱えの場合は、弊社デザインサービスを活用いただくことで、
少しでもそれらの負荷低減を図っていただけますと幸いです。まずは下記フォームよりお気軽にお問い合わせください。

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