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1、CameraLink图像采集接口电路1. Camera Link标准概述Camera Link技术标准是基于 National Semiconductor公司的 Channel Link标准发展 而来的，而 Channel Link标准是一种多路并行LVDS传输接口标准。低压差分彳t号(LVDS )是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在 350mV左右， 具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在1.923Gbps。 90年代美国国家半导体公司( National Semiconductor )为了找到平板显示技术的解决方案， 开发了基于 LVDS物理层平台的 Chan

2、nel Link技术。此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。如图1所示，Channel Link由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组 成，其最高数据传输速率可达2.38G。数据发送器含有 28位的单端并行信号和1个单端时钟信号，将 28位CMOS/TTL信号串行化处理后分成4路LVDS数据流，其4路串行数据流和1路发送LVDS时钟流在5路LVDS差分对中传输。接收器接收从4路LVDS数据流和1路LVDS时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成28位的CMOS/TTL并行数据和与其相对应的同步时钟信号。D t242G27w*SM LLD图1 camera l

3、ink接口电路2. Channel Link 的多路复用(Camera Link标准)标准的Camera Link是由多路 Channel Link复用而成的，不仅包含相机图像数据信号和时 钟信号，而且还包含相机的控制信号和串行通信信号。Camera Link的接口配置包括：基本模式(Base Configuration)、中级模式 (MediumConfiguration)、完整模式(Full Configuration)。在基本模式中，一对 Channel Link 信号 发送驱动器和接收器随同4对用来控制相机的 RS- 644 LVDS收发器和2对用来协调相机和采集卡间串行通信的RS-

4、644 LVDS收发器协同工作。一对Channel Link信号发送驱动器和接收器仅局限于28位并行视频数据传输，因此基本模式就不能够满足所有的视频传输情况。中级模式包括 2对Channel Link信号发送驱动器与接收器和与之随同的用于相机控制和串行通信的 LVDS线对。中级模式最高可传输56位并行视频数据。完整模式包括了 3对Channel Link信号发送驱动器和接收器和与之随同的用于相机控制和串行通信的LVDS线对。完整模式最高可传输84位的视频数据。F3 TrlTTrimTrf*»s号占7 azAF 一amBrlruiBEJ g fws-tB M芯由sroQcrW FOTT

5、BYTF36图2 Camera Link接口的配置模式关于Camera Link的各种接口配置模式如图2所示，基本模式配置下只需要一条标准的电缆连接相机和图像采集卡，而中级模式和完整模式的配置下，则需要2条标准电缆四、Channel Link标准的端口和端口分配i .端口定义一个端口定义为一个8位的字，在这个8位的字中，最低的1位（LSB ）是bit0 ,最高的1位（MSB ）是bit7 。 Camera Link标准使用 8个端口，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驱动器/接 收器对上；在中级配置模式中，端口 D、

6、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上；在完整配置模式中，端口A、 B和C被分配到第一个驱动器/接收器对上，端口 D、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上，端口 G和H被分配到第三个驱动器/接收器对上（见图2 ）。表1给出了三种配置的端口分配，Camera Link芯片及连接器的使用数量情况。表1 3种配置模式的端口分配配置模式端口芯片数量连接器数量基本A,B,C11中级A,B,C,D,E,F22完整A,B,C,D,E,F,G, H32每一个Camera Link驱动器都有标注着从 TX0至TX27的28个数据输入引脚，相 应的接收器有标注着从RX0至RX27的28个数据输出弓I脚。3 .端

7、口的位分配从表2中我们可以看出在 3种Camera Link配置模式中，图像数据位是怎样分配 到端口的。这种位分配方式已经被应用于市场上最流行的相机上了。表2 Camera Link接口的端口分配驱动器输入信号对应芯片引脚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 ,那么它们与器件的连接方法与端口A相同。同样，如果使用端口 E和H ,它们与器件连接方法同端口B的

10、相同，端口 F的与端口 C的相同。如果相机在每个周期内仅输出1个像素，那么就使用分配给像素A的端口；如果相机在每个周期内输入 2个像素，那么使用分配像素 A和像素B的端口；如果在每个周期 内输出3个像素，那么使用分配给像素A、 B和C的端口；依次类推至相机每周期输出8个像素，那么分配给 AH的8个端口都将被使用。五；Camera Link连接器与电缆引脚定义Channel Link的高速速率传输使选择连接器和电缆这一环节变得非常重要。必须严格依照 Camera Link标准中关于对连接器与电缆的引脚定义去设计相机和采集卡的相关连接信号。 1.连接器连接器规定的制造商是 3M 公司，其规格化的

11、3M 26-pin MDR ( Mini D Ribbon ) 产品是Channel Link的标准连接器(如图3所示)，故而Camera Link标准的连接器也选 择此型号。Htf*Otmicy Ln 0 Rbbon Mg 心*PlcThumtoionKrtMDR 26 Position Plug (Both Ends)Note: Use 3M 3341-31 jacksocket for mounting receptacle to panel.图3 26-pin MDR连接器当将这些连接器安装到一个相机或者图像采集卡上时要用到插槽（如图 4所示）。插槽 上的连接器固定螺母要与标准的Cam

12、era Link电缆连接器上的固定螺丝匹配。图4 26-pin MDR连接器插槽示意图2 .电缆3M按照Camera Link标准设计了一种专门用于相机和图像采集卡之间的集成电缆。这种双绞屏蔽电缆能够满足高速差分信号应用中的所有严格要求。3M电缆产品的通用型号为14X23 SZLB XXX OLC 。它的有效长度在 1m至10m之间。另外，它有2种外 壳可供选择。关于电缆的选型参数说明如图 5所示。本设计中采用的是 14B23 SZLB 200 OLC ,即带固定螺丝的 2m长电缆。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图5 3M电缆产品选型说明图3 .连接器的引脚分布表4给出了安装于相机或者图像采集卡上的26-pin MDR连接器的引脚定义。表4 MDR-26连接器引脚定义完整配置模式基本配置模式（含控制与串行通中级、信）相机相图像采图像米集卡端Channel电缆机集卡端Channel Link端Lin

14、k信号端连接器号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）与相机的数字地连接。Camera Link怀他推荐连按挨利电缆的内部评敝(Inner shield同时，Camera Link标准还推荐了图像采集卡的内部屏蔽引脚要通过一个0a的电阻与数字地相连。另外，没有用到的线对应在两端各接一个100a的终端电阻。六、Camera Link标准下的相机信号种类在Camera Link标准中，相机信号分为四种：1 ）相机控制信号，2 ）视频数据，3 ）电源信号4 ）串行通信信号。1 .相机控制信号在接口的三种配置当中，都有4条RS-644线对用来实现相机的控制。制

17、造商可以自由定义这些信号以满足他们产品的特殊性。这些信号定义为图像采集卡的输出和相机的输 入，一般情况下将这些信号命名为：Camera Controll（CCI）, Camera Control2（CC2）, CameraControl3（CC3）, Camera Control4（CC4）。表1给出了通常相机制造商对控制信号的定义。 表1相机控制信号的定义信号名称缩写格式定义Camera Control1CC1EXSYNC （外同步），下降沿触发Camera Control2CC2PRIN （像素重置），低电平有效Camera Control3CC3FORWARD ,高电平有效，低电平翻转C

18、amera Control4CC4良义2 .视频数据Camera Link标准定义了 4条图像格式信号的名称，并且描述了它们的信号电平。驱 动器、接收器以及连接器上有关这些信号的定义均是由Camera Link标准确定白2-表 2-2给出了由Channel Link标准确定的图像格式信号的名称和定义。表2像素限定信号的名称和定义并行视频数据与 Channel Link芯片的连接信号名称缩写格式定义FrameValidFVAL帧功效时为局电平，行扫描相机中接图Line ValidLVAL行功效时为局电平Data ValidDVAL当相机数据率低时使用，数据单局时直接接局电 平SpareSP转义P

19、ortA0 A 7Through PortH0 H 7PA0- - PA7toPH0- - PH7端口 A至H是逻辑8位字，定义多元化的数 据。单位 28位 Channel Link 器件使用 A , B , C端口； 56 , 84位器件（中级模式和 完全模式下）使用其余端口。Camera Link标准定义了从 A到H的8个端口。它们都是逻辑8位的字，用来说明图像数据位在驱动器 /接收器上是如何分配的。3 .电源相机的电源并不是由Camera Link连接器提供的，而是通过一个单独的连接器提供。Camera Link标准允许相机制造商自由定义电源连接器和相机的工作电压和电流。 4 .串行通信

20、3种相机接口配置中都有2对RS-644 LVDS线缆用于相机和图像采集卡之间进行异步串行通信。相机和图像采集卡在设计串行口配置时应该支持的最小波特率为9600。Camera Link标准指定串行彳t号如下：SerTFG（从相机串行输出端至采集卡串行输入端的差分线对）；SerTC（从采集卡串行输出端至相机串行输入端的差分线对）。其协议使用异步格式（即执行 RS-232标准），所推荐的最小波特率为9600 （ 1为起始位、8位数据位、1位停止位、无握手和奇偶校验位）。当访问和使用异步串行口时，Camera Link标准为相机制造商和图像采集卡制造商提供了一个双方共同遵循的方针，即图像采集卡制造商必须提供一个API （应用程序接口），用户通过DLL