《从零掌握MIPI CSI-2: 协议精解与FPGA摄像头开发实战》-- 第一篇：MIPI CSI-2基础入门
第一篇：MIPI CSI-2基础入门
1. 为什么需要CSI-2？
痛点场景对比 （用生活案例降低理解门槛）
| 传统并行接口 | CSI-2接口 |
|---|---|
| 30根线传输720P图像 | 仅需5根线（1对CLK+4对DATA） |
| 线距＞5cm时出现重影 | 线缆可长达1米无失真 |
| 功耗＞200mW（手机发热） | 功耗＜50mW（省电3/4） |
核心优势三连击 ：
- 带宽怪兽 ：单通道1.5Gbps → 4通道可达 6Gbps （4K@60fps无压力）
- 抗干扰大师 ：差分信号在电机干扰环境（如无人机）下误码率＜10⁻⁹
- 扩展王 ：动态Lane分配（1/2/4通道灵活切换）
✅ 典型应用图 ：
从左至右：手机多摄模组（4条CSI-2排线） / 内窥镜柔性PCB / 汽车环视摄像头
2. 物理层（PHY）解剖
2.1 D-PHY vs C-PHY 选型指南 （关键差异一目了然）
| 特性 | D-PHY | C-PHY |
|---|---|---|
| 时钟线 | 必需（1对CLK） | 无时钟线（嵌入式时钟） |
| 传输效率 | 每周期1bit/线 | 每周期2.28bit/线 |
| 复杂度 | ★★☆（易实现） | ★★★★（需高级均衡） |
| 适用场景 | 90%摄像头（主流选择） | 8K电视/高速工业相机 |
2.2 差分信号设计精髓
-
抗干扰原理动画 ：
结论：共模噪声被完全抵消！
-
电压摆幅实测 ：
标注：典型值 200mVpp （仅为TTL信号的1/10）
2.3 工作模式切换（LP/HS）
- LP（Low Power）模式 ：
电压：1.2V单端信号
用途：传输控制命令（如摄像头初始化寄存器配置） - HS（High Speed）模式 ：
电压：100-300mV差分信号
用途：高速传输图像数据 - 切换时序 ：
3. 关键术语速查手册
3.1 必须掌握的5大术语
| 术语 | 全称 | 作用 | 类比解释 |
|---|---|---|---|
| Lane | Data Lane | 数据传输通道 | 高速公路车道（1/2/4车道） |
| LP | Low Power Mode | 低功耗控制模式 | 汽车怠速状态 |
| HS | High Speed Mode | 高速数据传输模式 | 汽车飙车状态 |
| SoT | Start of Transmission | 传输开始标志（0xB8） | 起跑发令枪 |
| EoT | End of Transmission | 传输结束标志（0x0D） | 终点红旗 |
3.2 带宽计算实战
问题 ：OV5640摄像头输出1080P@30fps YUV422格式，需要几Lane？
计算过程 ：
- 像素量 = 1920×1080 = 2,073,600像素/帧
- 色深 = YUV422 → 16bit/像素 = 2字节/像素
- 数据率 = 2,073,600 × 2 × 30 = 124.4 MB/s
- 转换bit率 = 124.4 × 8 = 994.3 Mbps
- Lane数量 = 994.3 / 500 (单Lane实际速率) ≈ 2 Lane
💡 提示 ：实际设计需预留20%余量 → 选择2 Lane CSI-2
附录：初学者常见误区
| 误区 | 真相 | 后果 |
|---|---|---|
| “CLK线可省略以节省引脚” | D-PHY必须有时钟线（C-PHY可无） | 数据完全无法同步 |
| “差分线不需要阻抗匹配” | 必须100Ω差分阻抗（±10%） | 信号反射导致图像鬼影 |
| “HS模式功耗一定很大” | 能效比实际优于USB/Ethernet | 错选高功耗接口方案 |