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1、CameraLink圖像采集接口電路1. Camera Link標(biāo)準(zhǔn)概述Camera Link技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基于 National Semiconductor公司的 Channel Link標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展 而來的，而 Channel Link標(biāo)準(zhǔn)是一種多路并行LVDS傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)。低壓差分彳t號(hào)(LVDS )是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，電壓擺幅在 350mV左右， 具有擾動(dòng)小，跳變速率快的特點(diǎn)，在無失傳輸介質(zhì)里的理論最大傳輸速率在1.923Gbps。 90年代美國國家半導(dǎo)體公司( National Semiconductor )為了找到平板顯示技術(shù)的解決方案， 開發(fā)了基于 LVDS物理層平臺(tái)的 Chan

2、nel Link技術(shù)。此技術(shù)一誕生就被進(jìn)行了擴(kuò)展，用來作為新的通用視頻數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使用。如圖1所示，Channel Link由一個(gè)并轉(zhuǎn)串信號(hào)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)串轉(zhuǎn)并信號(hào)接收器組 成，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)2.38G。數(shù)據(jù)發(fā)送器含有 28位的單端并行信號(hào)和1個(gè)單端時(shí)鐘信號(hào)，將 28位CMOS/TTL信號(hào)串行化處理后分成4路LVDS數(shù)據(jù)流，其4路串行數(shù)據(jù)流和1路發(fā)送LVDS時(shí)鐘流在5路LVDS差分對(duì)中傳輸。接收器接收從4路LVDS數(shù)據(jù)流和1路LVDS時(shí)鐘流中把傳來的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)恢復(fù)成28位的CMOS/TTL并行數(shù)據(jù)和與其相對(duì)應(yīng)的同步時(shí)鐘信號(hào)。D t242G27w*SM LLD圖1 camera l

3、ink接口電路2. Channel Link 的多路復(fù)用(Camera Link標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn)的Camera Link是由多路 Channel Link復(fù)用而成的，不僅包含相機(jī)圖像數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí) 鐘信號(hào)，而且還包含相機(jī)的控制信號(hào)和串行通信信號(hào)。Camera Link的接口配置包括：基本模式(Base Configuration)、中級(jí)模式 (MediumConfiguration)、完整模式(Full Configuration)。在基本模式中，一對(duì) Channel Link 信號(hào) 發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和接收器隨同4對(duì)用來控制相機(jī)的 RS- 644 LVDS收發(fā)器和2對(duì)用來協(xié)調(diào)相機(jī)和采集卡間串行通信的RS-

4、644 LVDS收發(fā)器協(xié)同工作。一對(duì)Channel Link信號(hào)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和接收器僅局限于28位并行視頻數(shù)據(jù)傳輸，因此基本模式就不能夠滿足所有的視頻傳輸情況。中級(jí)模式包括 2對(duì)Channel Link信號(hào)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與接收器和與之隨同的用于相機(jī)控制和串行通信的 LVDS線對(duì)。中級(jí)模式最高可傳輸56位并行視頻數(shù)據(jù)。完整模式包括了 3對(duì)Channel Link信號(hào)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器和接收器和與之隨同的用于相機(jī)控制和串行通信的LVDS線對(duì)。完整模式最高可傳輸84位的視頻數(shù)據(jù)。F3 TrlTTrimTrf*»s號(hào)占7 azAF 一amBrlruiBEJ g fws-tB M芯由sroQcrW FOTT

5、BYTF36圖2 Camera Link接口的配置模式關(guān)于Camera Link的各種接口配置模式如圖2所示，基本模式配置下只需要一條標(biāo)準(zhǔn)的電纜連接相機(jī)和圖像采集卡，而中級(jí)模式和完整模式的配置下，則需要2條標(biāo)準(zhǔn)電纜四、Channel Link標(biāo)準(zhǔn)的端口和端口分配i .端口定義一個(gè)端口定義為一個(gè)8位的字，在這個(gè)8位的字中，最低的1位（LSB ）是bit0 ,最高的1位（MSB ）是bit7 。 Camera Link標(biāo)準(zhǔn)使用 8個(gè)端口，即端口 A至端口 H 。2 .端口分配在基本配置模式中，端口 A、B和C被分配到唯一的 Camera Link驅(qū)動(dòng)器/接 收器對(duì)上；在中級(jí)配置模式中，端口 D、

6、E和F被分配到第二個(gè)驅(qū)動(dòng)器/接收器對(duì)上；在完整配置模式中，端口A、 B和C被分配到第一個(gè)驅(qū)動(dòng)器/接收器對(duì)上，端口 D、E和F被分配到第二個(gè)驅(qū)動(dòng)器/接收器對(duì)上，端口 G和H被分配到第三個(gè)驅(qū)動(dòng)器/接收器對(duì)上（見圖2 ）。表1給出了三種配置的端口分配，Camera Link芯片及連接器的使用數(shù)量情況。表1 3種配置模式的端口分配配置模式端口芯片數(shù)量連接器數(shù)量基本A,B,C11中級(jí)A,B,C,D,E,F22完整A,B,C,D,E,F,G, H32每一個(gè)Camera Link驅(qū)動(dòng)器都有標(biāo)注著從 TX0至TX27的28個(gè)數(shù)據(jù)輸入引腳，相 應(yīng)的接收器有標(biāo)注著從RX0至RX27的28個(gè)數(shù)據(jù)輸出弓I腳。3 .端

7、口的位分配從表2中我們可以看出在 3種Camera Link配置模式中，圖像數(shù)據(jù)位是怎樣分配 到端口的。這種位分配方式已經(jīng)被應(yīng)用于市場(chǎng)上最流行的相機(jī)上了。表2 Camera Link接口的端口分配驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)芯片引腳StrobeTxCLK Out/TxCLKInLVALTX/RX24FVALDVALTX/RX25TX/RX26SpareTX/RX23PortA0 ,PortD0 , PortG0PortA1 ,PortD1 , PortG1TX/RX0TX/RX1PortA2 , PortD2 , PortG2TX/RX32PortA3 , PortD3 , PortG3TX/RX3Po

8、rtA4 , PortD4 , PortG4TX/RX4PortA5 , PortD5 , PortG5TX/RX6PortA6 , PortD6 , PortG6TX/RX27PortA7 , PortD7 , PortG7TX/RX5PortB0 , PortE0 , PortH0TX/RX7PortB1 , PortE1 , PortH1TX/RX8PortB2 , PortE2 , PortH2TX/RX9PortB3 , PortE3 , PortH3TX/RX12PortB4 , PortE4 , PortH4TX/RX13PortB5 , PortE5 , PortH5TX/RX

9、14PortB6 , PortE6 , PortH6TX/RX10PortB7 , PortE7 , PortH7TX/RX11PortC0 , PortF0TX/RX15PortC1 , PortF1TX/RX18PortC2 , PortF2TX/RX19PortC3 , PortF3TX/RX20PortC4 , PortF4TX/RX21PortC5 , PortF5TX/RX22PortC6 , PortF6TX/RX16PortC7 , PortF7TX/RX17如果只用端口 D和G ,那么它們與器件的連接方法與端口A相同。同樣，如果使用端口 E和H ,它們與器件連接方法同端口B的

10、相同，端口 F的與端口 C的相同。如果相機(jī)在每個(gè)周期內(nèi)僅輸出1個(gè)像素，那么就使用分配給像素A的端口；如果相機(jī)在每個(gè)周期內(nèi)輸入 2個(gè)像素，那么使用分配像素 A和像素B的端口；如果在每個(gè)周期 內(nèi)輸出3個(gè)像素，那么使用分配給像素A、 B和C的端口；依次類推至相機(jī)每周期輸出8個(gè)像素，那么分配給 AH的8個(gè)端口都將被使用。五；Camera Link連接器與電纜引腳定義Channel Link的高速速率傳輸使選擇連接器和電纜這一環(huán)節(jié)變得非常重要。必須嚴(yán)格依照 Camera Link標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于對(duì)連接器與電纜的引腳定義去設(shè)計(jì)相機(jī)和采集卡的相關(guān)連接信號(hào)。 1.連接器連接器規(guī)定的制造商是 3M 公司，其規(guī)格化的

11、3M 26-pin MDR ( Mini D Ribbon ) 產(chǎn)品是Channel Link的標(biāo)準(zhǔn)連接器(如圖3所示)，故而Camera Link標(biāo)準(zhǔn)的連接器也選 擇此型號(hào)。Htf*Otmicy Ln 0 Rbbon Mg 心*PlcThumtoionKrtMDR 26 Position Plug (Both Ends)Note: Use 3M 3341-31 jacksocket for mounting receptacle to panel.圖3 26-pin MDR連接器當(dāng)將這些連接器安裝到一個(gè)相機(jī)或者圖像采集卡上時(shí)要用到插槽（如圖 4所示）。插槽 上的連接器固定螺母要與標(biāo)準(zhǔn)的Cam

12、era Link電纜連接器上的固定螺絲匹配。圖4 26-pin MDR連接器插槽示意圖2 .電纜3M按照Camera Link標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了一種專門用于相機(jī)和圖像采集卡之間的集成電纜。這種雙絞屏蔽電纜能夠滿足高速差分信號(hào)應(yīng)用中的所有嚴(yán)格要求。3M電纜產(chǎn)品的通用型號(hào)為14X23 SZLB XXX OLC 。它的有效長度在 1m至10m之間。另外，它有2種外 殼可供選擇。關(guān)于電纜的選型參數(shù)說明如圖 5所示。本設(shè)計(jì)中采用的是 14B23 SZLB 200 OLC ,即帶固定螺絲的 2m長電纜。14X26-SZLB-XXX-0LCShell Retention Options:B = Thumbscrew

13、 shell kitT = Thumbscrev, overmold shellLength100 = 1 meter200 = 2 meters300 = 3 meters450 = 4.5 metersSOO = 5 rneters 700 = 7 Meters AOO =" 1C meters圖5 3M電纜產(chǎn)品選型說明圖3 .連接器的引腳分布表4給出了安裝于相機(jī)或者圖像采集卡上的26-pin MDR連接器的引腳定義。表4 MDR-26連接器引腳定義完整配置模式基本配置模式（含控制與串行通中級(jí)、信）相機(jī)相圖像采圖像米集卡端Channel電纜機(jī)集卡端Channel Link端Lin

14、k信號(hào)端連接器號(hào)11Inner shieldInner shield11Inner shield1414Inner shieldInner shield1414Inner shield225Y0-PAIR1-225X0-1512Y0+PAIR1 +1512X0+324Y1-PAIR2-324X1-1611Y1 +PAIR2+1611X1 +423Y2-PAIR3-423X2-信1710Y2+PAIR3+1710X2+522Yclk-PAIR4-522Xclk-189Yclk+PAIR4+189Xclk+621Y3-PAIR5-621X3-198Y3+PAIR5+198X3+720100 QPA

15、IR6+720SerTC+207TerminatedPAIR6-207SerTC-819Z0-PAIR7-819SerTFG-216Z0+PAIR7+216SerTFG+918Z1-PAIR8-918CC1-225Z1 +PAIR8+225CC1 +1017Z2-PAIR9+1017CC2+234Z2+PAIR9-234CC2-1116Zclk-PAIR10-1116CC3+243Zclk+PAIR10+243CC3-1215Z3-PAIR11 +1215CC4+252Z3+PAIR11-252CC4-1313Inner shieldInner shield1313Inner shield26

16、26Inner shieldInner shield2626Inner shield4 .屏敝）與相機(jī)的數(shù)字地連接。Camera Link懷他推薦連按挨利電纜的內(nèi)部評(píng)敝(Inner shield同時(shí)，Camera Link標(biāo)準(zhǔn)還推薦了圖像采集卡的內(nèi)部屏蔽引腳要通過一個(gè)0a的電阻與數(shù)字地相連。另外，沒有用到的線對(duì)應(yīng)在兩端各接一個(gè)100a的終端電阻。六、Camera Link標(biāo)準(zhǔn)下的相機(jī)信號(hào)種類在Camera Link標(biāo)準(zhǔn)中，相機(jī)信號(hào)分為四種：1 ）相機(jī)控制信號(hào)，2 ）視頻數(shù)據(jù)，3 ）電源信號(hào)4 ）串行通信信號(hào)。1 .相機(jī)控制信號(hào)在接口的三種配置當(dāng)中，都有4條RS-644線對(duì)用來實(shí)現(xiàn)相機(jī)的控制。制

17、造商可以自由定義這些信號(hào)以滿足他們產(chǎn)品的特殊性。這些信號(hào)定義為圖像采集卡的輸出和相機(jī)的輸 入，一般情況下將這些信號(hào)命名為：Camera Controll（CCI）, Camera Control2（CC2）, CameraControl3（CC3）, Camera Control4（CC4）。表1給出了通常相機(jī)制造商對(duì)控制信號(hào)的定義。 表1相機(jī)控制信號(hào)的定義信號(hào)名稱縮寫格式定義Camera Control1CC1EXSYNC （外同步），下降沿觸發(fā)Camera Control2CC2PRIN （像素重置），低電平有效Camera Control3CC3FORWARD ,高電平有效，低電平翻轉(zhuǎn)C

18、amera Control4CC4良義2 .視頻數(shù)據(jù)Camera Link標(biāo)準(zhǔn)定義了 4條圖像格式信號(hào)的名稱，并且描述了它們的信號(hào)電平。驅(qū) 動(dòng)器、接收器以及連接器上有關(guān)這些信號(hào)的定義均是由Camera Link標(biāo)準(zhǔn)確定白2-表 2-2給出了由Channel Link標(biāo)準(zhǔn)確定的圖像格式信號(hào)的名稱和定義。表2像素限定信號(hào)的名稱和定義并行視頻數(shù)據(jù)與 Channel Link芯片的連接信號(hào)名稱縮寫格式定義FrameValidFVAL幀功效時(shí)為局電平，行掃描相機(jī)中接圖Line ValidLVAL行功效時(shí)為局電平Data ValidDVAL當(dāng)相機(jī)數(shù)據(jù)率低時(shí)使用，數(shù)據(jù)單局時(shí)直接接局電 平SpareSP轉(zhuǎn)義P

19、ortA0 A 7Through PortH0 H 7PA0- - PA7toPH0- - PH7端口 A至H是邏輯8位字，定義多元化的數(shù) 據(jù)。單位 28位 Channel Link 器件使用 A , B , C端口； 56 , 84位器件（中級(jí)模式和 完全模式下）使用其余端口。Camera Link標(biāo)準(zhǔn)定義了從 A到H的8個(gè)端口。它們都是邏輯8位的字，用來說明圖像數(shù)據(jù)位在驅(qū)動(dòng)器 /接收器上是如何分配的。3 .電源相機(jī)的電源并不是由Camera Link連接器提供的，而是通過一個(gè)單獨(dú)的連接器提供。Camera Link標(biāo)準(zhǔn)允許相機(jī)制造商自由定義電源連接器和相機(jī)的工作電壓和電流。 4 .串行通信

20、3種相機(jī)接口配置中都有2對(duì)RS-644 LVDS線纜用于相機(jī)和圖像采集卡之間進(jìn)行異步串行通信。相機(jī)和圖像采集卡在設(shè)計(jì)串行口配置時(shí)應(yīng)該支持的最小波特率為9600。Camera Link標(biāo)準(zhǔn)指定串行彳t號(hào)如下：SerTFG（從相機(jī)串行輸出端至采集卡串行輸入端的差分線對(duì)）；SerTC（從采集卡串行輸出端至相機(jī)串行輸入端的差分線對(duì)）。其協(xié)議使用異步格式（即執(zhí)行 RS-232標(biāo)準(zhǔn)），所推薦的最小波特率為9600 （ 1為起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無握手和奇偶校驗(yàn)位）。當(dāng)訪問和使用異步串行口時(shí)，Camera Link標(biāo)準(zhǔn)為相機(jī)制造商和圖像采集卡制造商提供了一個(gè)雙方共同遵循的方針，即圖像采集卡制造商必須提供一個(gè)API （應(yīng)用程序接口），用戶通過DLL