THine Value MIPIの長距離化をV-by-One HSで実現、組み込みカメラ用SerDesチップセットの選定を容易化する（Main-Link編）
2022.08.15
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カメラだらけの世界―――。それが現実のものになろうとしている。いまやスマートフォンやタブレット端末、ノートパソコン、デジタルカメラ、監視カメラのほか、自動車や産業機器、医療機器、教育機器、IoT（Internet of Things）機器、工場検査装置、ドローンなどでもカメラ機能の搭載は当たり前になったと言えるだろう。
これだけカメラ機能を搭載するアプリケーションの裾野が広がれば、カメラ機能に対する電子機器メーカーの要望は多様化するのは当然のことだ。そうした要望の１つに、「撮影した映像信号の長距離伝送」がある。そもそもカメラ・モジュールから出力されるMIPI® CSI-2信号は、せいぜい20～30cmの距離しか伝送できない。ところがアプリケーションによっては、カメラ・モジュールを設置する場所と、映像を処理するホストプロセッサ（SoC）の場所を離さざるを得ないケースがある。例えば、産業用ロボットや農業用IoTシステムなどのアプリケーションである。
こうしたアプリケーションにおいて有力な選択肢となるのが、高速インターフェース技術「V-by-One® HS」だ。MIPI CSI-2信号をV-by-One HS信号に変換して信号伝送することで、距離を最大で15mまで延ばせる。これだけの距離を送れれば、「撮影した映像信号の長距離伝送」という電子機器メーカー（ユーザー）の要望に応えることができる。
ただし、V-by-One HS技術に対応した高速インターフェースを使ってMIPI CSI-2信号の伝送距離を延ばすシステムに最適なSerDesチップセット（トランスミッタICとレシーバIC）を選定する作業は容易ではない。最適なSerDesチップセットを選択し、そのデータシートを読み込んで各種設定を見積もる作業などには、一定の時間と労力を費やさざるを得ない。
これだけカメラ機能を搭載するアプリケーションの裾野が広がれば、カメラ機能に対する電子機器メーカーの要望は多様化するのは当然のことだ。そうした要望の１つに、「撮影した映像信号の長距離伝送」がある。そもそもカメラ・モジュールから出力されるMIPI® CSI-2信号は、せいぜい20～30cmの距離しか伝送できない。ところがアプリケーションによっては、カメラ・モジュールを設置する場所と、映像を処理するホストプロセッサ（SoC）の場所を離さざるを得ないケースがある。例えば、産業用ロボットや農業用IoTシステムなどのアプリケーションである。
こうしたアプリケーションにおいて有力な選択肢となるのが、高速インターフェース技術「V-by-One® HS」だ。MIPI CSI-2信号をV-by-One HS信号に変換して信号伝送することで、距離を最大で15mまで延ばせる。これだけの距離を送れれば、「撮影した映像信号の長距離伝送」という電子機器メーカー（ユーザー）の要望に応えることができる。
ただし、V-by-One HS技術に対応した高速インターフェースを使ってMIPI CSI-2信号の伝送距離を延ばすシステムに最適なSerDesチップセット（トランスミッタICとレシーバIC）を選定する作業は容易ではない。最適なSerDesチップセットを選択し、そのデータシートを読み込んで各種設定を見積もる作業などには、一定の時間と労力を費やさざるを得ない。
Main-Link：伝送速度が十分かチェック
そこで今回は、カメラSerDesの選定に費やす時間と労力の軽減を目的に、これらの作業をサポートするドキュメントを用意した。1つは、カメラ・モジュールで撮影した映像信号を送るMain-Linkに関するデザインガイド。もう1つは、制御信号を送るSub-Linkに関するデザインガイドである（後日公開）。この2つのデザインガイドを使えば、最適なV-by-One HS対応チップセット（トランスミッタICとレシーバIC）を選択する作業が容易になるだろう。
まずは、Main-Linkに関するデザインガイドである。一般に電子機器メーカーは、設計対象となるアプリケーションに搭載するカメラ・モジュールやSoC（System on a Chip）を比較的早い段階に選択する。つまり、カメラ・モジュールとSoCの間に求められる解像度やフレームレート（リフレッシュレート）、色階調、インターフェース規格に関する仕様は早期に決まっているわけだ。そこで、これらを前提条件として、V-by-One HSに対応したトランスミッタICとレシーバICを選ぶことになる（図1、図2）。
選択肢は、トランスミッタICが「THCV241A」「THCV241A-P」「THCV243」「THCV231」の4つ。レシーバICは、「THCV242A」「THCV242A-P」「THCV244A」「THCV244A-QP」「THCV236」の5つである。
ただし、ここで注意してもらいたい点がある。それは、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICのデータ伝送速度である。場合によっては、MIPI CSI-2とV-by-One HSの各伝送路（レーン）ともに、アプリケーションが必要とするデータ伝送速度を満たせない可能性があるからだ。具体的には、MIPI CSI-2は0.08G～1.5Gビット/秒（bps）、V-by-One HSは0.400G～4.0Gbpsの範囲内でなければ映像信号を伝送できない。
果たして、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICは、アプリケーションが必要とするデータ伝送速度に対応できるのか。それを容易にチェックできるのが今回公開するデザインガイドである（図３）。
テーブルの中で灰色に塗られた箇所は、MIPI CSI-2もしくはV-by-One HSのデータ伝送速度の範囲を外れてしまうケースであり、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICでは対応できないことを意味する。また、黄色に塗られた箇所は、THCV241AとTHCV242Aでは対応できないが、THCV241A-PとTHCV242A-Pの組み合わせであれば対応できることを示す。THCV241A-PとTHCV242A-Pは、MIPI CSI-2の1レーンあたりの最大データ伝送速度が1.5Gbpsと高いからだ。THCV241AとTHCV242Aは1.2Gbpsである。
なお、こうしたデータ伝送速度の確認は、トランスミッタICとレシーバICのデータシートに掲載されている「Target Pixel Clock」の項目の数式を使えば実行できる。しかし、さまざまなパラメータを集めて計算する必要があり、それなりの時間がかかってしまう。今回用意したデザインガイドを使えば、こうした計算は不要になり、短時間で確認することが可能になる。
まずは、Main-Linkに関するデザインガイドである。一般に電子機器メーカーは、設計対象となるアプリケーションに搭載するカメラ・モジュールやSoC（System on a Chip）を比較的早い段階に選択する。つまり、カメラ・モジュールとSoCの間に求められる解像度やフレームレート（リフレッシュレート）、色階調、インターフェース規格に関する仕様は早期に決まっているわけだ。そこで、これらを前提条件として、V-by-One HSに対応したトランスミッタICとレシーバICを選ぶことになる（図1、図2）。
図1 カメラ・モジュール1個の場合の構成例
図２ カメラ・モジュール4個の場合の構成例
選択肢は、トランスミッタICが「THCV241A」「THCV241A-P」「THCV243」「THCV231」の4つ。レシーバICは、「THCV242A」「THCV242A-P」「THCV244A」「THCV244A-QP」「THCV236」の5つである。
ただし、ここで注意してもらいたい点がある。それは、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICのデータ伝送速度である。場合によっては、MIPI CSI-2とV-by-One HSの各伝送路（レーン）ともに、アプリケーションが必要とするデータ伝送速度を満たせない可能性があるからだ。具体的には、MIPI CSI-2は0.08G～1.5Gビット/秒（bps）、V-by-One HSは0.400G～4.0Gbpsの範囲内でなければ映像信号を伝送できない。
果たして、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICは、アプリケーションが必要とするデータ伝送速度に対応できるのか。それを容易にチェックできるのが今回公開するデザインガイドである（図３）。
図３ データ伝送速度をチェックするテーブル
テーブルの中で灰色に塗られた箇所は、MIPI CSI-2もしくはV-by-One HSのデータ伝送速度の範囲を外れてしまうケースであり、組み合わせたトランスミッタICとレシーバICでは対応できないことを意味する。また、黄色に塗られた箇所は、THCV241AとTHCV242Aでは対応できないが、THCV241A-PとTHCV242A-Pの組み合わせであれば対応できることを示す。THCV241A-PとTHCV242A-Pは、MIPI CSI-2の1レーンあたりの最大データ伝送速度が1.5Gbpsと高いからだ。THCV241AとTHCV242Aは1.2Gbpsである。
なお、こうしたデータ伝送速度の確認は、トランスミッタICとレシーバICのデータシートに掲載されている「Target Pixel Clock」の項目の数式を使えば実行できる。しかし、さまざまなパラメータを集めて計算する必要があり、それなりの時間がかかってしまう。今回用意したデザインガイドを使えば、こうした計算は不要になり、短時間で確認することが可能になる。