پروتکل MIPI چیست؟

1. سیگنال تفاضلی

• در حالت HS، جفت‌های تفاضلی مثل DataP (مثبت) و DataN (منفی) با هم کار می‌کنند.
• داده‌ها از طریق تفاوت ولتاژ بین DataP و DataN منتقل می‌شوند، نه ولتاژ مطلق هر خط. این روش مزایای زیر را دارد:
  • کاهش نویز: نویز محیطی که به هر دو خط به صورت یکسان وارد می‌شود، حذف می‌شود (چون فقط تفاوت ولتاژ مهم است).
  • سرعت بالا: امکان انتقال داده با فرکانس‌های بالا (تا چند گیگاهرتز) را فراهم می‌کند.
• دامنه ولتاژ در HS بسیار کوچک است (معمولاً بین 100 تا 400 میلی‌ولت)، که مصرف انرژی را کاهش می‌دهد و سرعت تغییر سیگنال را افزایش می‌دهد.

2. نقش خط کلاک

• خط کلاک (شامل جفت ClockP و ClockN) در حالت HS فعال است و سیگنال کلاک مداومی را ارائه می‌دهد.
• این کلاک برای همگام‌سازی (Synchronization) داده‌ها ضروری است. گیرنده از سیگنال کلاک استفاده می‌کند تا تشخیص دهد هر بیت داده چه زمانی شروع و پایان می‌یابد.
• فرکانس کلاک معمولاً بین 80 مگاهرتز تا 2.5 گیگاهرتز است.

3. ساختار خطوط داده

• در حالت HS، داده‌ها از طریق یک یا چند Data Lane منتقل می‌شوند (هر Lane شامل DataP و DataN است).
• تعداد Lane‌ها به پهنای باند مورد نیاز بستگی دارد:
  • 1 Lane: برای داده‌های کم‌حجم (مثل تصاویر با رزولوشن پایین).
  • 2 تا 4 Lane: برای ویدئوی 4K یا 8K.
• هر Lane می‌تواند تا 4.5 گیگابیت بر ثانیه (در نسخه‌های جدیدتر D-PHY) انتقال دهد. مثلاً با 4 Lane، پهنای باند کل تا 18 گیگابیت بر ثانیه می‌رسد.

4. انتقال بسته‌های داده

• داده‌ها در حالت HS به صورت بسته‌های (Packets) متوالی منتقل می‌شوند. هر بسته شامل:
  • هدر (Header): اطلاعاتی مثل نوع داده (تصویر، ویدئو) و طول بسته.
  • بدنه (Payload): داده‌های اصلی (مثلاً پیکسل‌های تصویر).
  • پایان (Footer): برای بررسی صحت داده (مثل CRC).
• این بسته‌ها با سرعت بالا و بدون وقفه ارسال می‌شوند تا انتقال مداوم (مثل ویدئو) تضمین شود.

5. ورود و خروج از حالت HS

• دستگاه‌ها از حالت LP برای آماده‌سازی ورود به HS استفاده می‌کنند. این فرآیند شامل یک توالی انتقال (Transition Sequence) است:
  • LP-11: هر دو خط (DataP و DataN) در حالت High (آماده‌باش).
  • LP-10: درخواست ورود به HS.
  • LP-00: تأیید و شروع HS.
• پس از اتمام انتقال داده، دستگاه به حالت LP-11 برمی‌گردد تا انرژی ذخیره شود.

6. مشخصات الکتریکی

• ولتاژ: دامنه سیگنال تفاضلی معمولاً بین 200 تا 400 میلی‌ولت است (مثلاً DataP در 1.2 ولت و DataN در 0.8 ولت برای “1”).
• فرکانس: بسته به نسخه D-PHY، از 80 مگاهرتز تا 2.5 گیگاهرتز (در نسخه 1.2) یا حتی بالاتر در نسخه‌های جدیدتر.
• مصرف انرژی: بیشتر از LP اما بهینه‌شده برای سرعت بالا.

مثال عملی در برد موبایل

مسیرهای ارتباطی صفحه نمایش گوشیA70سامسونگ که به صورت 4 لاینData(data0,data1,data2,data3) هست که هر LANE به صورت DataP و DataN است. و همچنین مسیر کلاک نیز به صورت CLKP , CLKN است.

در شکل زیر مسیر های ارتباطی بیین صفحه نمایش گوشی آیفون 11 با CPU را نشان میدهد.

طراحان این گوشی مسیرهای DATA به جای 4 لاین به 3 لاین اکتفا کردند.

     مزایای حالت HS

1. سرعت بالا: مناسب برای انتقال داده‌های سنگین مثل ویدئوی 4K یا 8K با نرخ فریم بالا.
2. پایداری: سیگنالینگ تفاضلی در مقابل نویز بسیار مقاوم است و انتقال در فواصل کوتاه (تا 30-50 سانتی‌متر) بسیار مناسب است.
3. انعطاف‌پذیری: با افزایش تعداد Lane‌ها، پهنای باند به راحتی افزایش میابد.

1. سیگنالینگ تک‌لاین

• در حالت LP، خطوط جفت تفاضلی (مثل DataP و DataN یا ClockP و ClockN) به صورت تک‌لاین (Single-Ended) عمل می‌کنند، نه تفاضلی. این یعنی هر خط به طور مستقل نسبت به زمین (Ground) کار می‌کند و ولتاژ آن به صورت جداگانه معنی‌دار(شامل DATA هست) است.
• سطوح ولتاژ معمولاً به این صورت است:
  • Low: نزدیک به 0 ولت (معمولاً کمتر از 0.3 ولت).
  • High: نزدیک به 1.2 ولت (معمولاً بین 1.0 تا 1.4 ولت، بسته به مشخصات سخت‌افزار).
• این سیگنال‌ها کندتر از حالت HS تغییر می‌کنند و فرکانسشان معمولاً در حد چند مگاهرتز است (در مقایسه با گیگاهرتز در HS).

2. نقش خطوط DataP و DataN

• در حالت LP، جفت DataP و DataN به صورت مستقل برای انتقال داده یا سیگنال‌های کنترلی استفاده می‌شوند.
• مثلاً:
  • DataP ممکن است برای ارسال دستورات استفاده شود.
  • DataN ممکن است برای دریافت پاسخ یا وضعیت استفاده شود.
• این خطوط می‌توانند به طور همزمان در جهت‌های مختلف (مثلاً یکی خروجی و دیگری ورودی) کار کنند، که به آن Bidirectional Communication می‌گویند.

3. نقش خط کلاک

• در حالت LP، خط کلاک (ClockP/ClockN) معمولاً غیرفعال است یا به عنوان یک خط کنترلی اضافی عمل می‌کند.
• برخلاف حالت HS که کلاک مداوم برای همگام‌سازی داده‌ها لازم است، در حالت LP انتقال داده‌ها به صورت ناهمزمان (Asynchronous) انجام می‌شود و نیازی به کلاک ثابت نیست.

4. انواع داده‌های منتقل‌شده

• دستورات کنترلی: مثل تنظیمات حسگر دوربین (تغییر رزولوشن، نرخ فریم) یا نمایشگر (روشن/خاموش کردن).
• وضعیت دستگاه: مثل گزارش خطا یا آماده بودن برای انتقال داده.
• انتقال به/از حالت HS: قبل و بعد از انتقال داده‌های پرسرعت، از حالت LP برای آماده‌سازی و خاتمه استفاده می‌شود.

• برای ورود یا خروج از حالت HS، یک توالی خاص از سیگنال‌های LP روی خطوط DataP و DataN ارسال می‌شود.(مشابه حالت پروتکل UART)مثلاً:
  • LP-11 (هر دو خط High): حالت آماده‌باش یا توقف.
  • LP-10: درخواست ورود به حالت HS.
  • LP-00: تأیید و شروع انتقال HS.
• این توالی‌ها تضمین می‌کنند که فرستنده و گیرنده به درستی همگام شوند.

مزایای حالت LP

1. مصرف انرژی پایین: چون سیگنال‌ها با فرکانس پایین و ولتاژ ساده کار می‌کنند، انرژی بسیار کمتری نسبت به حالت HS مصرف می‌شود.
2. سادگی: نیازی به کلاک مداوم یا مدارهای پیچیده تفاضلی نیست.
3. انعطاف‌پذیری: امکان ارتباط دوطرفه و ارسال دستورات بدون فعال کردن حالت پرمصرف HS.

1. وقتی دوربین خاموش است، خطوط در حالت LP-11 (هر دو خط High) قرار دارند و هیچ داده‌ای منتقل نمی‌شود.
2. پردازنده از طریق DataP یک دستور LP (مثلاً “روشن شو”) ارسال می‌کند.
3. حسگر با تغییر DataN به Low پاسخ می‌دهد (مثلاً “آماده‌ام”).
4. سپس هر دو دستگاه از طریق توالی LP به حالت HS می‌روند تا داده‌های تصویر منتقل شوند.
5. بعد از اتمام، دوباره به حالت LP برمی‌گردند تا انرژی ذخیره شود.

مسیر MIPI CSI سنسور دوربین سامسونگ A70،همانطور که میبنید کلاک نداریم و دیتا در مسیرهای LANE(LN) انتقال میابد

• سرعت پایین: حداکثر سرعت در حد چند مگابیت بر ثانیه است، بنابراین برای داده‌های سنگین مناسب نیست.
• عدم پشتیبانی از انتقال مداوم: فقط برای بسته‌های کوچک یا کنترل مناسب است.

مقایسه با حالت LP , HP

انواع اصلی پروتکل‌های MIPI

پروتکل MIPI شامل مجموعه‌ای از مشخصات و زیرپروتکل‌هاست که هر کدام برای کاربرد خاصی در دستگاه‌های الکترونیکی، به‌ویژه موبایل، طراحی شده‌اند. این پروتکل‌ها بهینه‌سازی شده‌اند تا انتقال داده را با سرعت بالا، مصرف انرژی کم و سازگاری با سخت‌افزارهای مختلف فراهم کنند. در زیر انواع اصلی را با جزئیات بیشتر بررسی می‌کنیم:

1. MIPI D-PHY

• توضیح: D-PHY یک لایه فیزیکی پایه و پرکاربرد در پروتکل MIPI است که برای انتقال داده‌ها بین اجزای مختلف (مثل حسگرها و پردازنده‌ها) استفاده می‌شود. این پروتکل به‌عنوان زیرساخت برای بسیاری از رابط‌های دیگر پروتکل MIPI عمل می‌کند.
• ویژگی‌ها:
  • پشتیبانی از دو حالت عملیاتی: HS (High-Speed) برای انتقال سریع داده و LP (Low-Power) برای کاهش مصرف انرژی.
  • سرعت انتقال داده از چند صد مگابیت بر ثانیه تا حدود 4.5 گیگابیت بر ثانیه در هر خط داده (Lane).
  • استفاده از سیگنالینگ تفاضلی در حالت HS و تک‌لاین در حالت LP.
• کاربرد: در رابط‌های دوربین (MIPI CSI-2) و نمایشگر (MIPI DSI). مثلاً در گوشی‌های هوشمند، داده‌های تصویر از حسگر دوربین یا به صفحه‌نمایش از طریق D-PHY منتقل می‌شوند.
• جزئیات فنی: شامل یک خط کلاک (Clock Lane) و یک یا چند خط داده (Data Lanes) است که هر کدام جفت‌های تفاضلی (DataP/DataN) دارند.

2. MIPI CSI (Camera Serial Interface)

• توضیح: این پروتکل برای اتصال حسگرهای تصویر (دوربین) به پردازنده طراحی شده و نسخه‌های مختلفی مثل CSI-2 و CSI-3 دارد.
• ویژگی‌ها:
  • انتقال داده‌های خام (Raw Data) یا فشرده با فرمت‌های مختلف (مثل YUV یا RGB).
  • پشتیبانی از رزولوشن‌های بالا (از HD تا 8K) و نرخ فریم سریع.
  • استفاده از لایه فیزیکی D-PHY (در CSI-2) یا A-PHY (در نسخه‌های جدیدتر).
• کاربرد: در دوربین‌های گوشی‌های هوشمند، سیستم‌های امنیتی، و خودروها (مثل دوربین عقب یا 360 درجه).
• جزئیات فنی: CSI-2 معمولاً از 1 تا 4 خط داده استفاده می‌کند و می‌تواند تا 10 گیگابیت بر ثانیه (با 4 Lane) انتقال دهد. CSI-3 پیشرفته‌تر است و برای کاربردهای سنگین‌تر طراحی شده.

3. MIPI DSI (Display Serial Interface)

• توضیح: این پروتکل برای اتصال نمایشگرها (مثل LCD، OLED یا AMOLED) به پردازنده یا کنترلر گرافیکی استفاده می‌شود.
• ویژگی‌ها:
  • انتقال داده‌های ویدئویی و دستورات کنترلی (مثل تنظیم روشنایی یا خاموش کردن نمایشگر).
  • پشتیبانی از رزولوشن‌های بالا (تا 4K و بیشتر) و نرخ تازه‌سازی سریع (مثل 120 هرتز).
  • استفاده از D-PHY به‌عنوان لایه فیزیکی اصلی.
• کاربرد: در صفحه‌نمایش گوشی‌ها، تبلت‌ها، ساعت‌های هوشمند و هدست‌های واقعیت مجازی.
• جزئیات فنی: DSI می‌تواند در دو حالت کار کند: Command Mode (برای ارسال دستورات) و Video Mode (برای انتقال مداوم ویدئو).

4. MIPI A-PHY

• توضیح: A-PHY یک لایه فیزیکی جدیدتر و تخصصی است که برای کاربردهای خودرویی طراحی شده و جایگزینی برای D-PHY در شرایط سخت‌تر محسوب می‌شود.
• ویژگی‌ها:
  • سرعت انتقال داده تا 16 گیگابیت بر ثانیه در هر خط (و تا 48 گیگابیت با چند خط).
  • مقاومت بالا در برابر نویز الکترومغناطیسی (EMI) و شرایط محیطی مثل دما و لرزش.
  • طراحی شده برای فاصله‌های طولانی‌تر (تا 15 متر).
• کاربرد: در سیستم‌های پیشرفته کمک‌راننده (ADAS)، خودروهای خودران، و اتصال حسگرهای متعدد در خودرو (مثل دوربین و رادار).
• جزئیات فنی: از فناوری‌های پیشرفته‌تر سیگنالینگ و کدگذاری (مثل PAM-4) استفاده می‌کند.

5. سایر پروتکل‌ها

• MIPI I3C: جایگزین بهبودیافته برای پروتکل I2C، برای اتصال حسگرها (مثل شتاب‌سنج یا ژیروسکوپ) با سرعت بالاتر و مصرف انرژی کمتر.

• کاربرد: در IoT و دستگاه‌های کوچک.
• ویژگی: تا 33 مگابیت بر ثانیه سرعت و پشتیبانی از ارتباط دوطرفه.

• MIPI UniPro: برای اتصال حافظه‌های پرسرعت مثل UFS (Universal Flash Storage) به پردازنده.

• کاربرد: در حافظه‌های داخلی گوشی‌ها.
• ویژگی: سرعت بالا و پروتکل انعطاف‌پذیر.

• MIPI SoundWire: برای انتقال صدا بین اجزای صوتی (مثل میکروفون و بلندگو).

• کاربرد: در هدفون‌ها و سیستم‌های صوتی موبایل.
• ویژگی: بهینه برای مصرف انرژی کم.

مطالعه  گوگل اکانت شیائومی frp

لایه‌های فیزیکی در پروتکل MIPI چیست

لایه فیزیکی (Physical Layer) در پروتکل MIPI مسئول انتقال سیگنال‌های الکتریکی بین فرستنده و گیرنده است. این لایه تعیین می‌کند که داده‌ها چگونه از طریق سیم‌ها منتقل شوند و شامل جفت‌های تفاضلی، خطوط کلاک، و مشخصات ولتاژ و فرکانس است. دو لایه فیزیکی اصلی در MIPI عبارتند از:

1. MIPI D-PHY

• ساختار:

  • شامل یک Clock Lane (جفت ClockP/ClockN) برای زمان‌بندی و یک یا چند Data Lane (جفت DataP/DataN) برای انتقال داده.
  • هر Lane به صورت جفت تفاضلی کار می‌کند که نویز را کاهش می‌دهد.

• حالت‌های عملیاتی:

  • HS (High-Speed):
    • از سیگنالینگ تفاضلی با ولتاژ پایین (حدود 200-400 میلی‌ولت) استفاده می‌کند.
    • سرعت بالا (تا 4.5 گیگابیت بر ثانیه در هر Lane).
    • برای انتقال داده‌های سنگین مثل ویدئو یا تصویر.
  • LP (Low-Power):
    • از سیگنالینگ تک‌انتها با ولتاژ 0 تا 1.2 ولت استفاده می‌کند.
    • سرعت پایین (تا چند مگابیت بر ثانیه).
    • برای دستورات کنترلی یا آماده‌سازی.

• جزئیات فنی:

  • حداکثر 4 خط داده به علاوه یک خط کلاک.
  • فرکانس کلاک در حالت HS معمولاً بین 80 مگاهرتز تا 2.5 گیگاهرتز است.
• کاربرد عملی: در گوشی‌های هوشمند، اگر نمایشگر یا دوربین کار نکند، ممکن است مشکل از D-PHY (مثلاً اتصال ضعیف خطوط تفاضلی) باشد.

2. MIPI A-PHY

• ساختار:

  • مشابه D-PHY از جفت‌های تفاضلی استفاده می‌کند، اما با طراحی مقاوم‌تر برای محیط‌های خشن.
  • قابلیت استفاده از چند خط (Multi-Lane) برای پهنای باند بیشتر.

• حالت‌های عملیاتی:

  • تمرکز بر انتقال پرسرعت مداوم (تا 16 گیگابیت بر ثانیه در هر Lane).
  • حالت کم‌مصرف کمتری دارد، چون برای خودروها طراحی شده که انرژی کمتری محدودیت است.

• جزئیات فنی:

  • از مدولاسیون پیشرفته (مثل PAM-4) برای افزایش پهنای باند استفاده می‌کند.
  • فاصله انتقال تا 15 متر (برخلاف D-PHY که برای فواصل کوتاه است).
  • مقاوم در برابر EMI و شرایط دمایی شدید (-40 تا 105 درجه سانتی‌گراد).
  • کاربرد عملی: در تعمیرات خودرو، اگر دوربین 360 درجه تصویر ندهد، ممکن است مشکل از اتصالات A-PHY باشد.

3. سایر لایه‌های فیزیکی

• M-PHY:

  برای UniPro و کاربردهای حافظه (مثل UFS) طراحی شده.

  • سرعت تا 11.6 گیگابیت بر ثانیه.
  • مصرف انرژی بالاتر از D-PHY اما برای حافظه‌های پرسرعت بهینه است.

• C-PHY:

• جایگزین پیشرفته‌تر برای D-PHY در برخی موارد.
  • از سه خط (Triplet) به جای جفت تفاضلی استفاده می‌کند.
  • پهنای باند بیشتر (تا 17 گیگابیت بر ثانیه) با خطوط کمتر.

مقایسه لایه‌های فیزیکی

عیب یابی و تعمیر مسیر MIPI در برد موبایل

خرابی مسیرهای MIPI عمولا بر اثر نوسانات ولتاژ ، آبخوردگی ، شارژر و سایر تجهیزات غیر استانداردو .. اتفاق میافتد.

مثلا اگر تعمیرکاران دقت نکنند و ولتاژهای بالای کانکتور اصلی برد موبایل (مثلا ولتاژ شارژ یا ولتاژ لایت و … ) با مسیرهای MIPI اتصالی کند،باعث خرابی قطعات مسیرهای  MIPI در سی پی یو می شود.

معمولا عیب یابی مسیر MIPI با تست دویود ولیو و اسیلوسکوپ امکان پذیر است.ولی عیب یابی با اسیلوسکوپ اطمینان بسیار بیشتری دارد.

معمولا مسیرهای MIPI در برد موبایل به سی پی یو گوشی ختم میشود ولی در بعضی مواقع مثلا در بعضی گوشی ها ارتباط مدار قطعات مدار آنتن و WIFI , BLUETOOTH نیز از این پروتکل استفاده شده است.

معمولا ولتاژ تست دیود ولیو مسیرهای MIPI در حالت سالم بین 0.4- 0.8 ولت است و اگر کمتر یا بیشتر از این مقدار بود احتمال خرابی قطعات مسیر مثل سی پی یو زیاد است.

جمع بندی:

“در نهایت، درک پروتکل MIPI و اجزایی مثل CLKP و CLKN نه تنها برای طراحی بلکه برای عیب‌یابی حرفه‌ای در تعمیرات موبایل ضروری است. با تسلط بر این مفاهیم و روش‌های عیب‌یابی مسیرهای ارتباطی مثل I2C،SPI , UART می‌توانید مشکلات پیچیده سخت‌افزاری را به‌راحتی حل کنید. برای یادگیری تخصصی این تکنیک‌ها، در دوره‌های آموزشگاه تعمیرات موبایل شیراز فیدار شرکت کنید و از آموزش‌های رایگان ما در یوتیوب، آپارات و اینستاگرام (fidarteam) بهره‌مند شوید.”