MIPI联盟为传感器系统无缝集成发布I3C接口标准
2017-02-25 11:09:38 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询的报告显示，随着移动设备中传感器数量的增加，用于传感器通讯和控制的逻辑引脚的数量也需要相应增加。在一款典型应用中，往往需要多种数字通讯接口（例如SPI、I2C以及UART等）结合中断和睡眠功能的支持逻辑信号一起使用。
微访谈：MIPI联盟传感器工作组主席Ken Foust
麦姆斯咨询 编译
MIPI联盟传感器工作组主席Ken Foust
据麦姆斯咨询的报告显示，随着移动设备中传感器数量的增加，用于传感器通讯和控制的逻辑引脚的数量也需要相应增加。在一款典型应用中，往往需要多种数字通讯接口（例如SPI、I2C以及UART等）结合中断和睡眠功能的支持逻辑信号一起使用。高端智能手机中包含了10个以上的传感器，它们往往需要20个以上的逻辑信号支持。这需要占用很多的空间和多个专用引脚。MIPI I3C是一种改进了双线I2C特性的新的接口标准，同时还支持向后的兼容性。MIPI联盟的新接口标准旨在通过减少传感器系统集成的物理引脚来实现传感器通讯的标准化，同时它还支持低功耗高速通讯。MEMS Journal有幸与MIPI联盟传感器工作组主席Ken Foust先生对话，跟他一起探讨来自传感器产业对新接口标准的最新反馈，与其它传感器接口标准的对比，以及传感器接口未来的发展规划。
MEMS Journal（以下简称MJ）：数周前，MIPI联盟首次发布了I3C接口标准，最新的情况如何？
Ken Foust（以下简称KF）：MIPI联盟在2017年1月9日正式发布了MIPI I3C V1.0规范，现在，开发人员可以利用该接口来实现嵌入式系统中传感器的互联和管理。
MIPI I3C接口的发布之所以具有里程碑意义，是因为该规范统一了传统传感器的集成方法，为广泛的应用提供了必要的便利性和系统级优势。我们预计其重要应用包括智能手机、可穿戴、物联网设备以及汽车系统中的传感器集成，不过，该接口规范的用途非常广泛，还可以应用于医疗仪器、工业设备、一体电脑、电视遥控器及其它产品的传感器集成。MIPI I3C接口能够支持很多类型的传感器组件和功能，包括机械和运动传感器、换能器、执行器、环境传感器、生物识别传感器和健康传感器等。它还能在某些类型的器件中扮演电源管理和控制接口的角色。
MJ：推动I3C接口标准的主要背后动力是什么？为什么需要它？
KF：MIPI I3C接口的开发是为了解决设备中传感器数量增长所带来的挑战，尤其是对于智能手机市场，一款手持设备中往往需要10个传感器和20个逻辑信号支持。如智能手表等尺寸略小的设备，也需要许多传感器。此外，每款传感器的接口要求往往各不相同，因此，接口市场逐渐变得碎片化，各供应商应用了包括I2C、SPI以及UART等多种数字接口。接口市场的碎片化使传感器的应用扩展很难产生设计和性能效率，增加了开发时间和集成成本。而且，现有的接口在传感器通讯中没有高效地利用资源，这限制了它们的潜在应用和扩展。
MJ：这次发布的I3C接口包含那些特性？
KF：MIPI I3C接口是一款芯片到芯片的接口规范，能够将一款设备中所有的传感器连接至应用处理器。它采用双线在标准的CMOS I/O上实现，大幅减少了器件引脚数和信号通路，便于更多的传感器在一个设备中的集成。其时钟速率为12.5 MHz，并提供更高性能的高数据速率模式可选。
MJ：I3C接口标准如何与I2C、SPI或UART等领先的接口解决方案竞争？
KF：MIPI I3C接口吸收、联合并改进了I2C、SPI和UART等接口方案，获得了一种全新的传感器集成接口方案。该解决方案全面且具可扩展性，能够提供超集的特性和功能。MIPI I3C相比I2C，仅需后者一小部分功耗，既能提供超过一个数量级的带宽。
I2C和SPI都能连接多个传感器，但是它们都需要不同频道信号传输的控制信号来实现中断功能，这增加了引脚数量。此外，I2C无法大批量发送批处理数据，而这正式许多智能手机应用需要的，SPI则需要较高的引脚数，并且需要为每个传感器提供专用的芯片选择引脚。
MIPI I3C接口可以利用其双线接口替代上述两种接口方案。MIPI I3C接口可以在相同的通信总线上兼容多个传感器，通过使用带内方法触发中断或睡眠模式，从而无需额外的I/O引脚。MIPI I3C能够以极低的功耗实现永远在线传感功能，并使传感器能够批处理数据并快速发送，将能耗降至最低，以帮助延长电池寿命。
而且，MIPI I3C接口标准还提供同步和异步时间戳模式，提高传感器应用随时间的精度问题，并能使陀螺仪和加速度计等单个传感器更好地协同工作。
MJ：I3C接口与I2C兼容，实际是如何实现的？I3C和I2C器件能够共存于相同的通讯总线吗？
KF：是的，两种接口的器件可以共存于一个通过I3C主器件管理的物理总线。I3C主器件可以用兼容I3C的传输模式操纵总线，或者用纯传统模式作为一个I2C总线运行（在这种情况下系统无法利用任何I3C特性的优势）。
其通用性依赖于一种预计将出现在任何连接I3C总线的传统I2C器件中的特性，通常指“窄带滤波器”，它能滤除所有的I3C特性传输。I2C要求那些兼容器件在某些模式下应用50ns滤波器，如快速模式和快速模式加，这是应用最普遍的模式。（不过广为人知的是有些器件悄悄的避开了这些功能）。由于所有的I3C通信使用的信号发送发生在50ns内，因此传统的器件根本无法察觉。
MJ：您能简单概述一下I3C接口标准的开发过程吗？
KF：MIPI I3C接口由MIPI联盟传感器工作组开发，这个组成立于2013年。其任务是设计一种核心技术，能够为开发者带来前所未有的新产品设计潜力，获得更广泛的市场接受度，并帮助企业更具成本效益地满足其传感器集成需求。
一开始，工作组便希望确保MIPI I3C接口能够获得市场广泛的接受，并帮助手机和传感器生态系统内的企业极具成本效益的满足其传感器集成需求。工作组利用来自传感器产业的支持和合作开发了MIPI I3C，以确保该规范能支持尽可能多的用户案例和传感器类型。该工作组与MEMS和传感器产业联盟（MEMS and Sensors Industry Group, MSIG）合作，调研了两个组织内的会员企业，以获取传感器接口需求和传统传感器接口无法解决的产业技术缺口。
一旦确立了市场需求，接下来就是共同努力开发接口。我们仔细研究并从技术上评估了多种提议，然后利用这些研究结果起草了一份能够满足智能手机等其它领域广泛应用的接口规范。
MJ：I3C标准将如何推广应用（例如来自IP供应商的设计障碍）？
KF：MIPI联盟成员企业将自行解决这些问题，而且，数家公司已经公布了它们希望许可给其它公司的专利。
MJ：您对市场应用I3C标准有何看法？
KF：我们相信MIPI I3C接口标准短期内便会被市场接受，随着未来的持续应用，纯I3C总线将会逐渐成为主流，并最终取代传统总线。I3C已经吸引了新成员的加入，我们通过其他论坛上MIPI和MSIG的联合行动，以及通过参与2016年9月举行的MIPI开发者大会可以发现， 以移动应用为中心的行业内外对MIPI I3C接口标准的兴趣都很高。
MJ：I3C的详细规范仅对MIPI联盟成员开放，其它非联盟成员如何使用这一标准呢？
KF：要获得此规范，需要成为MIPI联盟成员公司的雇员或合格承包商（例如那些签署保密条款的人或企业）。MIPI联盟成员不仅可以获取规范，成员的另一个好处是还可以许可实施I3C标准。
MJ：I3C标准的主要短板是什么？
KF：注重向后的兼容性其实是一种妥协的做法，如果我们放弃了兼容性，多种有趣的功能都将成为可能。随着市场的发展，关于兼容性问题的探讨在MIPI联盟传感器工作组内部将一直持续，以确保我们在长远的创新和传统接口支持两方面取得适当的平衡。
MJ：什么情况下I3C接口并非是最适合的接口选择？
KF：MIPI I3C接口标准在以下三种情况下或许不是最佳的接口选择：1）带宽要求超越了MIPI I3C接口的最大允许值（~33 Mbit/s）；2）非常长的连接距离要求（我们预计企业在很多这种情况下，仍将通过使用多个短连接结合的长连接作为中继器应用MIPI I3C接口）；3）MIPI I3C接口能支持那些寻求带宽内支持流数据的器件，而且系统设计人员可以聪明地创建一个不会意外的从那些流数据中盗取带宽的总线。但是，一般来说这不是流数据用户案例的理想选择（例如，对于音频，MIPI SoundWire通常更适合，对于捕捉高帧速/高分辨率视频，MIPI CSI-2则更佳）。
MJ：当前发布的I3C接口标准是否有被遗漏的功能留待未来升级？
KF：有的，现在在传感器工作组中还在讨论。随着工作组就功能集达成一致，它将按照我们的正常程序来提出和定义下一个版本，我们预计在未来几个月内会出台进一步发展的计划。随着V1.0版本标准的应用增长限制了市场的接口混乱状况，工作组将优先考虑向前和向后的兼容性问题。
那些之前在公开论坛探讨但是在V1.0发布后遗漏的功能，将成为未来升级的待选项，例如对等通讯，如果工作组确信仍将维持向前和向后的兼容性问题的话。
MJ：I3C标准开发背后的公司有哪些，它们是如何在开发过程中贡献力量的？
KF：参与这个工作组的公司包括了典型的传感器、组件和芯片制造商、软件公司以及设备制造商。这些成员单位包括Advanced Micro Devices、Analogix Semiconductor、Cadence Design Systems、Google、Intel、Knowles Electronics、Lattice Semiconductor、MediaTek、NXP Semiconductor、Qualcomm、QuickLogic、Sony、STMicroelectronics以及Synopsys等。
MJ：到目前为止，传感器行业、系统集成商和OEM厂商对I3C标准的感兴趣程度如何？
KF：它们的兴趣程度很高，包括一些几个月前加入的著名公司，这些新会员单位的调研和行动速度明显快于正常速度。不过，我们不能透露具体公司的进展，在它们的上市行动前抢风头，我们建议单独去联系这些公司，获取它们的回应。
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