MIPI C-PHY v3.0, 차세대 이미지 센서 애플리케이션 지원

모바일 및 모바일 관련 산업용 인터페이스 규격을 개발하는 국제 기구인 MIPI 얼라이언스가 7일(미국 현지시각) 카메라와 디스플레이를 연결하기 위한 고성능·저전력·저전자파 간섭(EMI) C-PHY 인터페이스 사양의 주요 업데이트를 공개했다.

최신 MIPI C-PHY 3.0 버전은 18-와이어스테이트(18-Wirestate) 모드 인코딩 옵션을 지원하여, C-PHY 한 레인의 최대 성능을 약 30~35% 향상시킨다. 이 업그레이드는 짧은 채널 구간에서 최대 75Gbps의 전송 속도를 제공해 초고해상도, 고정밀 이미지 센서에 대한 급증하는 수요를 충족한다. 

새로운 코딩 옵션인 32b9s (32 bits over nine symbols)는 9개의 심볼로 32비트를 전송하면서도 업계 최고 수준의 낮은 EMI와 저전력 특성을 그대로 유지한다. 

카메라 애플리케이션의 경우, C-PHY 3.0은 기존 용도에서는 더 낮은 심볼 속도나 적은 레인 수를 사용할 수 있도록 하고, 반대로 고성능 이미지 센서를 필요로 하는 용도에서는 현재의 레인 수를 유지하면서 더 높은 심볼 속도를 사용할 수 있도록 해준다. 이러한 활용 사례에는 다음과 같은 분야가 있다:

• 고명암비(High Dynamic Range, HDR), 스마트 관심영역(Region-of-Interest, ROI) 탐지, 첨단 모션 벡터 생성 기능을 갖춘 차세대 프로슈머용 스마트폰 영상 콘텐츠 제작
• 고속 생산 라인에서 미세한 결함까지 감지할 수 있는 머신비전 기반 품질 관리 시스템
• 가장 까다로운 조명 조건에서도 빠르게 움직이는 물체의 궤적과 동작을 분석할 수 있는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)

MIPI C-PHY는 모바일, PC 컴퓨팅, IoT 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 연결 거리 내의 저전력, 고속 애플리케이션을 위해 MIPI 카메라 시리얼 인터페이스 2(MIPI CSI-2)와 MIPI 디스플레이 시리얼 인터페이스 2(MIPI DSI-2)를 지원한다.

MIPI C-PHY 사양은 카메라와 디스플레이를 애플리케이션 프로세서(AP)와 연결할 때 높은 처리량, 최소화된 인터커넥트 신호 수, 우수한 전력 효율성을 제공한다. 이러한 특성은 C-PHY 고유의 효율적인 3상(three-phase) 코딩 방식 덕분으로, 시스템 인터커넥트 수를 줄이고 C-PHY 인터페이스와 함께 자주 배치되는 민감한 RF 수신 회로에 대한 전자기 방출을 최소화한다. 

이 사양은 C-PHY가 임베디드 클록 링크로 동작하기 때문에, 링크 내에서 레인을 유연하게 재배치할 수 있도록 해준다. 또한, 고속 모드와 저전력 모드 간의 저지연 전환이 가능하다. MIPI C-PHY는 대체 저전력(Alternate Low Power, ALP) 기능을 포함하고 있어, C-PHY의 고속 신호 레벨만으로 링크 작동이 가능하다. 옵션으로 제공되는 빠른 레인 전환 기능은 ALP를 활용하며, 비대칭 데이터 전송 속도를 지원해 구현자가 시스템 요구에 맞춘 전송 속도 최적화를 가능하게 한다. 또한, MIPI C-PHY는 MIPI D-PHY와 동일한 장치 핀에서 공존할 수 있어, 설계자들이 듀얼 모드 장치를 개발할 수 있다. 

C-PHY v3.0에 대한 지원은 2024년 4월에 발표된 최신 MIPI CSI-2 v4.1 임베디드 카메라와 이미지 인터페이스 사양에 포함됐으며, 구현을 돕기 위해 이전 C-PHY 버전과 하위 호환성을 유지한다. 

MIPI 얼라이언스의 헤지 사아르(Hezi Saar) 회장은 “MIPI의 C-PHY는 스마트폰, IoT, 드론, 웨어러블, PC, 자동차 카메라와 디스플레이를 위한 삼진법(ternary) 기반 PHY”라며 “C-PHY는 저비용, 저해상도 이미지 센서뿐만 아니라 100메가픽셀 이상의 고성능 이미지 센서도 지원한다. 이번 업데이트는 스마트폰의 영화 수준 영상, 머신비전 품질 관리 시스템, 자동차 ADAS와 같은 미래 지향적 애플리케이션을 가능하게 한다”고 소개했다. 

한편, MIPI의 또 다른 단거리 물리 계층인 MIPI D-PHY에 대한 개발도 활발히 진행 중이다. 2023년 출시된 D-PHY v3.5는 디스플레이 애플리케이션을 위한 임베디드 클록 옵션을 포함하고 있으며, 향후 발표될 v3.6 사양은 PC/클라이언트 컴퓨팅 플랫폼을 겨냥해 카메라 애플리케이션용 임베디드 클록 지원을 확대할 예정이다. 다음 풀 버전인 D-PHY v4.0은 모바일 및 그 외 머신비전 애플리케이션을 위한 임베디드 클록 지원을 더욱 강화하고, 현재 레인당 9Gbps인 데이터 전송 속도를 한층 더 끌어올릴 계획이다. 

MIPI 얼라이언스는 지난해 C-PHY와 D-PHY의 더 긴 채널 길이에 대한 종합적인 신호 분석을 수행했다. 그 결과물로 발표된 회원용 애플리케이션 노트인 “MIPI C-PHY 및 MIPI D-PHY IT/컴퓨트 애플리케이션 노트"는 C-PHY와 D-PHY가 모바일폰이나 태블릿에 처음 적용됐던 사양을 거의 변경하지 않거나 전혀 변경하지 않고도 노트북이나 올인원 PC 등 더 큰 제품에도 사용할 수 있음을 보여줬다. 또한, 대역폭을 낮춰 동작시키면 더욱 긴 채널에서도 충분히 활용 가능하다는 것을 입증했다.

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