3 分で読了 #hardware #インターフェースと通信

このページの目次

ディスプレイとカメラインターフェース

インターフェースの全体像

チップ内部 → ディスプレイ

MCU/MPU MIPI DSI LCD/OLED モジュール MCU RGB/SPI 小型ディスプレイ（低速） GPU eDP ノートPC内蔵ディスプレイ GPU HDMI/DP 外部モニター

カメラ → チップ

Sensor MIPI CSI ISP（画像信号処理装置） Sensor DVP 低解像度（パラレル、廃止） MIPI はスマートフォンや組み込みディスプレイ、カメラの主力インターフェースです（DSI がディスプレイを、CSI がカメラを担当します）。 GPU 側では eDP（内蔵ディスプレイ）/ HDMI-DP（外部接続）を使用し、パラレル DVP は CSI によって置き換えられました。

HDMI（外部モニター）

バージョンの進化

HDMI 1.4:  4K@30Hz, 10.2 Gbps
HDMI 2.0:  4K@60Hz, 18 Gbps, HDR
HDMI 2.1:  8K@60Hz/4K@120Hz, 48 Gbps, VRR/ALLM

注意: HDMI 2.1 規格では「HDMI 2.0」という呼称は廃止されました。
      HDMI 2.0 は現在、HDMI 2.1 のサブセットです。
      したがって、バージョン番号を見るのではなく、「48Gbps と VRR をサポートしていますか？」と確認してください。

電気的特性

TMDS (HDMI 1.4/2.0): データ3チャネル + クロック1チャネル
FRL (HDMI 2.1): データ4チャネル（固定レートリンク）、チャネルあたり最大 12Gbps

差動 100Ω、AC結合
DDC (HDMI 上の I2C): EDID によるディスプレイ能力の読み取り
CEC: コア家電制御（1つのリモコンで複数デバイスを制御）
HPD: 熱挿抜検出

DisplayPort（外部/内蔵）

バージョン

DP 1.2:  4K@60Hz, 21.6 Gbps
DP 1.4:  8K@60Hz (DSC圧縮), 32.4 Gbps, HDR
DP 2.0:  16K@60Hz (DSC), 80 Gbps (UHBR20)
DP 2.1:  2.0 と同じ帯域幅、仕様改善

UHBR (Ultra High Bit Rate):
  UHBR10: 10 Gbps/レーン × 4 = 40 Gbps
  UHBR13.5: 13.5 × 4 = 54 Gbps
  UHBR20: 20 × 4 = 80 Gbps

HDMI との比較

特性	HDMI	DisplayPort
位置づけ	コンシューマー向け（テレビ/プロジェクター）	PC 主力
マルチストリーム	❌	✅ MST（マルチスクリーン菊花連鎖）
アダプティブ同期	HDMI 2.1 VRR	DP 1.2a+ Adaptive-Sync
USB Type-C	Alt Mode	Alt Mode（より一般的）
最大帯域幅	48 Gbps (2.1)	80 Gbps (2.1 UHBR20)
ロイヤリティ	あり	無料

eDP (Embedded DP)

ノートPC内蔵ディスプレイ用インターフェース
DP プロトコルベース、消費電力とEMIを低減
v1.4/v1.5 で 4K@120Hz 内蔵ディスプレイをサポート
通常 1〜4 レーン

MIPI（モバイル/組み込み主力）

MIPI の利点

LVDS/HDMI は消費電力が高すぎる → スマートフォンや組み込み機器には低消費電力ソリューションが必要
MIPI アライアンスは、モバイルデバイス向けの一連のインターフェース規格を定義しています

主な表示/カメラインターフェースの2種類:
  DSI (Display Serial Interface): チップ → ディスプレイ
  CSI (Camera Serial Interface): カメラ → チップ

D-PHY vs C-PHY

D-PHY: 差動クロック + 1〜4組の差動データ
       1レーンあたり: 最大 ~4.5 Gbps (v2.5)
       一般的: 2-lane または 4-lane

C-PHY: 3相エンコーディング（3本の線で 1シンボルあたり 2.28 bit を伝送）
       1レーンあたり: 最大 ~6 Gsps
       ピン数は少ないが、より複雑

MIPI DSI

典型的な接続:
  MPU ── DSI (2-lane または 4-lane) ──→ LCD/OLED パネル

DSI コマンドモード (Command Mode):
  SPI に類似、ディスプレイ側にフレームバッファを持つ
  静止画や低リフレッシュレートに適している

DSI ビデオモード (Video Mode):
  継続的な画面更新、フレームバッファなし
  アニメーションや動画に適している

解像度範囲: 480p (1-lane) 〜 4K (4-lane D-PHY v2.0+)

MIPI CSI

典型的な接続:
  カメラセンサー ── CSI (2/4 lane) ──→ ISP/MPU

通常は単方向（センサー → ホスト）
各レーンで独立したクロック復元（DDR サンプリング）

一般的な構成:
  1080p@60fps: 2-lane
  4K@30fps: 4-lane (または 2-lane × 2)
  4K@60fps: 4-lane C-PHY または より高周波数の D-PHY

CSI-2 は仮想チャネルもサポートしており、複数のカメラが同一の CSI バスを共有可能

その他のディスプレイインターフェース

RGB (MCU ディスプレイ / 8080/6800 パラレル)

旧式/低解像度ディスプレイ用インターフェース
8/16本のデータ線 + 読み書き/チップセレクト/コマンドデータ選択

パラレルデータ → 配線数が多い、速度制限あり (Fmax ~30MHz)
用途: 小型ディスプレイ (< 480×320)、産業用ディスプレイ、低コスト製品

LVDS (用途が限定的に)

ノートPC内蔵ディスプレイの旧インターフェース、eDP に置き換えられつつある
4組の差動データ + 1組の差動クロック
典型: シングルリンク 1366×768、デュアルリンク 1920×1080

VGA (アナログ、廃止)

R/G/B アナログ信号 + H-Sync/V-Sync
15ピン D-Sub
帯域幅が低く、信号品質はケーブル長とともに減衰する

迅速な選定ガイド

シナリオ                          推奨
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外部モニター (PC/ノートPC)        DP > HDMI
テレビ/プロジェクター             HDMI
ノートPC内蔵ディスプレイ         eDP
スマートフォン/組み込みディスプレイ MIPI DSI
カメラモジュール                  MIPI CSI
ラズベリーパイ/ARM 開発ボード     MIPI DSI/CSI または HDMI
小型低解像度                      SPI/RGB (MCU ディスプレイ)

キーワード: HDMI, DisplayPort, eDP, MIPI, DSI, CSI, D-PHY, C-PHY, TMDS, DSC, EDID