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CameraLink图像采集接口电路

1,CameraLink标准概述

CameraLink技术标准是基于NationalSemiconductor公司的ChannelLink标准发展而来的，而ChannelLink标准是一种多路并行LVDS传输接口标准。

低压差分信号（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（NationalSemiconductor）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ChannelLink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，ChannelLink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。

图1cameralink接口电路

2,ChannelLink的多路复用,CameraLink标准,标准的CameraLink是由多路ChannelLink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。

CameraLink的接口配置包括:

基本模式（BaseConfiguration）、中级模式（MediumConfiguration）、完整模式（FullConfiguration）。

在基本模式中，一对ChannelLink信号发送驱动器和接收器随同4对用来控制相机的RS-644LVDS收发器和2对用来协调相

机和采集卡间串行通信的RS-644LVDS收发器协同工作。

一对ChannelLink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ChannelLink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ChannelLink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。

图2CameraLink接口的配置模式

关于CameraLink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、ChannelLink标准的端口和端口分配

1（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。

CameraLink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CameraLink驱动器/接收器对上;在中级配置模式中，端口D、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，CameraLink芯片及连接器的使用数量情况。

表13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CameraLink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个数据输出引脚。

3（端口的位分配

从表2中我们可以看出在3种CameraLink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2CameraLink接口的端口分配

驱动器输入信号对应芯片引脚

TxCLKOut/TxCLKStrobeIn

LVALTX/RX24

FVALTX/RX25

DVALTX/RX26

SpareTX/RX23

PortA0，PortD0，PortG0TX/RX0

PortA1，PortD1，PortG1TX/RX1

PortA2，PortD2，PortG2TX/RX32

PortA3，PortD3，PortG3TX/RX3

PortA4，PortD4，PortG4TX/RX4

PortA5，PortD5，PortG5TX/RX6

PortA6，PortD6，PortG6TX/RX27

PortA7，PortD7，PortG7TX/RX5

PortB0，PortE0，PortH0TX/RX7

PortB1，PortE1，PortH1TX/RX8

PortB2，PortE2，PortH2TX/RX9

PortB3，PortE3，PortH3TX/RX12

PortB4，PortE4，PortH4TX/RX13

PortB5，PortE5，PortH5TX/RX14

PortB6，PortE6，PortH6TX/RX10

PortB7，PortE7，PortH7TX/RX11

PortC0，PortF0TX/RX15

PortC1，PortF1TX/RX18

PortC2，PortF2TX/RX19

PortC3，PortF3TX/RX20

PortC4，PortF4TX/RX21

PortC5，PortF5TX/RX22

PortC6，PortF6TX/RX16

PortC7，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A,H的8个端口都将被使用。

五,CameraLink连接器与电缆引脚定义

ChannelLink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CameraLink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3M26-pinMDR（MiniDRibbon）产品是ChannelLink的标准连接器（如图3所示），故而CameraLink标准的连接器也选择此型号。

图326-pinMDR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CameraLink电缆连接器上的固定螺丝匹配。

图426-pinMDR连接器插槽示意图

2（电缆

3M按照CameraLink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。

图53M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-pinMDR连接器的引脚定义。

表4MDR-26连接器引脚定义

基本配置模式（含控制与串行通中级、完整配置模式信）

相图像采相机ChannelLink信Channel图像采集卡端电缆机集卡端端Link信号号端连接器11InnershieldInnershield11Innershield1414InnershieldInnershield1414Innershield225Y0-PAIR1-225X0-1512Y0+PAIR1+1512X0+324Y1-PAIR2-324X1-1611Y1+PAIR2+1611X1+423Y2-PAIR3-423X2-

1710Y2+PAIR3+1710X2+522Yclk-PAIR4-522Xclk-189Yclk+PAIR4+189Xclk+621Y3-PAIR5-621X3-198Y3+PAIR5+198X3+720100ΩPAIR6+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+PAIR11-252CC4-1313InnershieldInnershield1313Innershield2626InnershieldInnershield2626Innershield4（屏蔽

CameraLink标准推荐连接器和电缆的内部屏蔽（Innershield）与相机的数字地连接。

同时，CameraLink标准还推荐了图像采集卡的内部屏蔽引脚要通过一个0Ω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100Ω的终端电阻。

六、CameraLink标准下的相机信号种类

在CameraLink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:

CameraControl1（CC1）,CameraControl2（CC2）,Camera

Control3（CC3）,CameraControl4（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

EXSYNC（外同步），下降沿触发CameraControl1CC1

PRIN（像素重置），低电平有效CameraControl2CC2

FORWARD，高电平有效，低电平翻转CameraControl3CC3

未定义CameraControl4CC4

2（视频数据

CameraLink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CameraLink标准确定的。

表2-2给出了由ChannelLink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ChannelLink芯片的连接

信号名称缩写格式定义

Frame帧有效时为高电平，行扫描相机中接高FVALValid

行有效时为高电平LineValidLVAL

当相机数据率低时使用，数据率高时直接接高电DataValidDVAL平

无定义SpareSP

PortA0…A端口A至H是逻辑8位字，定义多元化的数7PA0…PA7据。

单位28位ChannelLink器件使用A，ThroughtoB，C端口;56，84位器件（中级模式和PortH0…HPH0…PH7完全模式下）使用其余端口。

7

CameraLink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CameraLink连接器提供的，而是通过一个单独的连接器提供。

CameraLink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

3种相机接口配置中都有2对RS-644LVDS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。

CameraLink标准指定串行信号如下:

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，CameraLink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（动态连接库）对串行通信进行管理。

另外，CameraLink标准还推荐图像采集卡制造商提供一个用户接口，这个用户接口应该至少包含一个终端程序，通过这个程序用户可以发送和接收一个字符串或几个字节的文

件。

七、CameraLink标准的协议芯片组

CameraLink标准制定的视频数据LVDS驱动传输由NationalSemiconductor公司制造的28位ChannelLink芯片组来完成。

表5列出了NS公司的一些驱动器和接收器。

表5兼容NationalSemiconductor产品列表

产品工作电压速率

DS90CR2815V40MHz

DS90CR2825V40MHz

DS90CR2835V66MHz

DS90CR2845V66MHz

DS90CR2853.3V66MHz

DS90CR2863.3V66MHz

DS90CR286A3.3V66MHz

DS90CR2873.3V85MHz

DS90CR2883.3V75MHz

DS90CR288A3.3V85MHz

另外，如果设计者需要使用相机控制信号，那么就应该使用一对LVDS驱动器/接收器对来实现TTL信号和LVDS信号的转换。

表6为CameraLink标准推荐使用的NationalSemiconductor公司的驱动器/接收器对。

表6NationalSemiconductor驱动器/接收器对

类型型号工作电压

驱动器DS90LV0473.3V

接收器DS90LV0483.3VQQ:

750398724