RK3576 カメラセンサ互換性ガイド：ハードウェア設計前の確認事項

RK3576プラットフォームにおけるカメラセンサの選定およびハードウェア設計にあたっては、回路図設計を開始する前に、いくつかの重要な項目を確定させる必要があります。これらの判断は、画質性能およびハードウェア設計の実現可能性に直接影響します。

RK3576のCSI／PHYおよびISP制約

RK3576は柔軟なカメラインタフェースアーキテクチャを備えていますが、その構成はプロジェクト要件に基づき、設計初期段階から計画する必要があります。

インタフェース対応：このSoCはMIPI CSI-2およびDVPの両方のカメラインタフェースをサポートしており、現在の設計ではMIPI CSI-2が主に採用されています。

RK3576は、最大4レーン対応のC／D-PHYインタフェースを1系統およびD-PHYインタフェースを2系統搭載しています。利用可能なPHYリソースは、2系統の4レーンD-PHYポートとして構成することも、4系統の2レーンD-PHYポートとして構成することも可能です。これにより、セキュリティやロボティクス分野で一般的なマルチビューシステムなど、複数カメラを搭載する設計が可能になります。

Notes:

• マルチカメラ設計では、PHYおよびレーンリソースの割り当てを早期に決定してください。1つのセンサーが2つのPHYにまたがって接続されることはありません。
• RK3576のCSIポート1つは、C-PHYまたはD-PHYとして構成可能です。D-PHYモードでは、最大4.5 Gbps／レーンをサポートします。C-PHYモードでは、最大2.5 Gsps／トリオ（3レーン）をサポートします。その他のD-PHYチャネルは、最大2.5 Gbps／レーンをサポートします。実用的なハードウェア設計では、帯域幅の約20％を余裕として確保することを推奨します。有効データレートがインタフェースの上限に近づく、あるいはそれを超えると、フレームの破損、ドロップ、その他の画像異常が発生しやすくなります。
• SoCは、従来型・低解像度センサー向けに並列DVPカメラインタフェースもサポートしています。ただし、DVP機能とMIPI機能は一部のピンを共有するため、リソースの競合を避けるために、ピン割り当ては早期に確定させる必要があります。

RK3576 ISP仕様および処理限界

• RK3576には、最大16メガピクセルの画像処理と最大120dBのHDRダイナミックレンジをサポートする単一のハードウェアISPエンジンが統合されています。ただし、マルチカメラシステムでは、複数のRAWストリームをISPを通じてルーティングすると、合成解像度および実効フレームレートがISPの処理能力とMIPI CSI-2受信帯域幅の両方に制約されます。センサーがYUV形式を直接出力し、ISPをバイパスする場合、主な制約要因はMIPIインタフェース帯域幅およびメモリ帯域幅に移行します。

例：マルチカメラ構成 — 8メガピクセル（4K／30fps）×1台＋2メガピクセル（1080p／30fps）×2台

• マルチカメラ用途では、フレーム同期に関する検討を早期に進める必要があります。マルチビュー撮影やステレオ距離測定などでは、ハードウェアによるVSYNC同期が必要になる場合があります。ハードウェア同期を有効にするかどうか、およびSoCが計画通りのカメラ台数に対応できる十分な外部トリガピンを備えているかを確認してください。

センサーセレクションチェックリスト

• 出力インタフェースおよびモード：MIPI CSI-2またはDVPのいずれか、およびMIPIレーン数（1・2・4レーン）を確認してください。
• データ形式：RK3576プラットフォームでは、VICAP入力がRAW、RGB888および選択されたYUV形式をサポートしています。内蔵ISPはRAWデータを処理し、後続のパイプライン向けにYUV形式に変換します。RGBおよびYUVストリームは、直接キャプチャされるため、ISPを通過しません。
• 解像度およびフレームレート：各センサーの要件を確認したうえで、複数のカメラを同時実行する際の総合的な動作モードを検証してください。全体の処理負荷は、ISPのリアルタイム処理能力を超えてはなりません。
• 電源レールの互換性：一般的なセンサは、アナログ回路用AVDD、デジタルコア用DVDD、I/O電圧レベル用DOVDDの3種類の電源を必要とします。RK3576のMIPI PHYは固定の1.8 V電源を使用するため、通常はセンサのDOVDDも1.8 Vが推奨されます。センサのDOVDD電圧レベルがホストのI²C I/Oレベルと一致しない場合は、低速制御バスにレベルシフタを追加できます。ただし、高速MIPI差動信号には外部レベルシフタを接続しないでください。ハードウェアは、センサメーカーが定める電源投入および電源遮断の順序に厳密に従う必要があります。ソフトウェアによる初期化はこの順序に依存しており、タイミングが不適切だと、センサが正しく初期化されなかったり、画像が出力されなかったりする可能性があります。また、AVDD、DVDD、DOVDDそれぞれのピーク電流も算出し、基板上の各LDOが十分な容量と設計余裕を持つよう確保する必要があります。
• 制御バス：センサーのI2Cアドレスを確認してください。マルチカメラシステムでは、重複するアドレスをどう処理するか事前に計画が必要です。対応可能な場合はソフトウェアでアドレスを変更するか、外部I2Cスイッチを用いる方法があります。
• クロック入力：RK3576は、それぞれ独立して設定可能な複数のセンサーマスターコーク（MCLK）出力を備えています。各クロックはSoC内部のクロック源から生成され、マルチプレクサ付きGPIOを経由してセンサーに供給されます。各出力は個別に有効化および設定可能です。一般的なソフトウェア設定可能なMCLK周波数範囲は6～48MHzです。センサーがこの範囲外のクロックを必要とする場合は、専用の外部オシレーターを使用してください。また、マルチカメラ設計では、ピンの多重化（pin-mux）による競合も事前に確認する必要があります。
• 電源および熱設計：高解像度・高フレームレートのセンサーは消費電力が大きくなります。ハードウェアの最終決定前に、基板レベルの電力負荷および製品全体の放熱経路を評価してください。
• レンズ、IRカットフィルター、およびイルミネーターの制御：必要なアクチュエータおよびドライバーそれぞれに対して十分なGPIOリソースが確保できることを確認してください。
• HDRモードの互換性：RK3576はDOL HDR、ステアードHDR、マルチフレームHDRをサポートしています。センサーを選定する前に、そのHDRデータフォーマットおよびタイミングがRK3576のISPおよびVICAPと互換性があることを確認してください。

可能な限り、プラットフォームコミュニティまたはモジュールサプライヤーによって既に検証済みのセンサーから着手してください。これにより、ドライバー開発およびシステム立ち上げのリスクを大幅に低減できます。

当社が既に統合済みのセンサーには、ソニー製IMX415（800万画素）、IMX566（800万画素）、IMX678（800万画素）、IMX464（410万画素）、IMX662（200万画素）のほか、オンセミコンダクター製AR0234（230万画素）およびオムニビジョン製OG02C1B（200万画素）があります。プロジェクトでこれらのセンサー以外の画像センサーが必要な場合は、カスタム統合およびチューニングについて[email protected]までお問い合わせください。

PCB設計における主なポイント

• MIPI CSI ルーティング：差動インピーダンスを 100 オーム ±10％ に制御します。各差動ペア内の P／N の長さの不一致は 5 ミル以下、同一 CSI ポート内のレーン間の不一致は 200 ミル以下に保ちます。MIPI 信号は、高速クロック、DDR、高電流電源配線から離してルーティングします。また、基準平面の分割部を跨いでルーティングしないでください。配線長は可能な限り短くし、理想的には 15 cm 未満とします。配線が長くなるほど、信頼性を確保できる最大データレートは低下します。
• MCLK は高速シングルエンド・クロックです。MIPI 差動ペアとの間隔を十分に確保し、クロストークを低減するため、長距離の並行配線を避けます。
• 高速 MIPI 配線は、スイッチング電源や DDR バスなどの強いノイズ源から離して配置し、レイアウト上必要な箇所では適切なシールドおよびグラウンド処理を行ってください。
• 電源フィルタリング：各センサの電源ピンに近い位置に、0.1 μFおよび1 μFのデカップリングコンデンサを配置してください。アナログ電源（AVDD）にはフェライトビーズを追加して、アナログ電源ラインをデジタル回路のノイズから遮離することも検討してください。
• 高解像度で高フレームレートで動作するセンサは、相当な発熱を伴う場合があります。温度上昇により画像ノイズが増加したり、色かぶりが生じたりする可能性があるため、熱対策はハードウェア設計段階で評価し、起動後の対応に頼らないよう配慮してください。
• ピンの多重機能（ピンマルチプレクシング）の確認：MIPI、DVP、I2C、MCLK、GPIOのすべての割り当てについて、機能の重複や競合がないかを確認してください。

ソフトウェアおよび画像処理パイプライン

• ハードウェアアクセラレーション：RK3576には、YUVからRGBへのフォーマット変換、スケーリング、回転などの処理に対応したRGA 2Dグラフィックスアクセラレータが内蔵されています。CPUによる処理ではなくRGAを活用することで、CPU負荷を大幅に低減でき、1080p／30fpsといった高フレームレートでの安定動作を実現するために重要です。
• NPUデータフローの計画：AIモデルをRK3576内蔵の6 TOPS NPUで実行する場合、典型的な処理パスは、カメラによる撮影→ISP処理→RGAによるフォーマット変換およびスケーリング→NPUによる推論→表示出力です。システム設計段階で各ステージの遅延を評価し、製品全体がリアルタイム性能目標を満たすよう確保する必要があります。

以下の参考構成例は、利用可能なカメラインタフェースを、いくつかの一般的なアプリケーション向けにどのように割り当てるかを示しています。