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嵌入式摄像头用SerDes入门套件，可大幅缩短MIPI摄像头线缆延长的设计时间

2023/02/14

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　装载摄像功能的产业设备有很多。具有代表性的有工厂生产线用检查/测定装置、监控摄像头、医疗设备以及物流用搬运系统等。另一个更切身的例子是装载摄像功能的自动贩卖机。
　对开发这些装载摄像功能的产业设备的工程师来说，一个头疼的问题就是相机接口的选择；以及如何处理相机接口。产业设备的外形尺寸大都比较大，很多时候都需要延长相机模组输出的影像数据的传输距离。但目前在嵌入式相机系统领域广泛使用的相机接口--MIPI CSI-2在具有支持高速・低功耗等优点的同时，其传输距离却只有30cm左右。因此迫切需要找到延长传输距离的方法。
　应该使用什么方法呢？其中一个方法就是活用对应远距离传输的SerDes（ “Serializer”和 “Deserializer”的组合术语）。具体来说，可以在需要延长的传输线路前后、相机模组一侧安装传送IC；在读取摄像锁的图像的系统一侧安装接收IC，来达到延长线缆的效果（图1）。

图1 通过远距离传输接口来延长线缆

　但是在这里我们遇到了一个问题。那就是「如何在设计初期阶段确认相机系统是否在保证足够传输距离的情况下运作？」。在硬件和软件准备完毕后进行设计・试作后终于能确认其性能，但如果发现它不能正常运作或传输距离不足的话，就必须重新设计；这样就会浪费很多时间与成本。

并没有对设计初期阶段测评最适用的测评工具

　为了避免这种情况，最好在设计初期阶段就能事先进行动作检查并评估其传输能力。也就是将装载计划使用的相机传感器的相机模组以及传送IC/接收IC和线缆等实际组装后试着传输影响信号，确认其是否正常运作、是否能传输足够的距离等。
　所有拥有SerDes系列产品的半导体厂商都会提供评价板供客户进行事前测评。例如本公司（THine Electronics）就分别提供装载传送IC「THCV241A」的评价板与装载接收IC「THCV242A」的评价板。
　但在设计初期阶段想要活用这些评价板也并非易事。在开始测评之前就需要对硬件和软件两方面都下足功夫。

从事前测评阶段就需要开发硬件与软件

　具体来说需要做哪些工作呢？
　首先从硬件的角度来说，现在的评价板并不朝向特定的市场和用途，通用性非常强。例如MIPI CSI-2的输入/输出连接器上使用的是针接头，易于使用；但基本上不存在不经加工就可连接起来的相机模组与图像读取平台。此外，远距离传输部分V-by-One HS的输入/输出连接器也采用了通用性很高的SMA连接器，其规格便于客户制作・连接可转换成任意连接器的评价板；但可连接SMA连接器的远距离传输线缆却很少见。因此，即便客户为了事前测评要连接特定的设备与线缆，也无法避免硬件设计工作。
　其次是从软件的角度来说，相机模组、SerDes 、图像读取平台都需要设置和环境搭建。以传送IC/接收IC为例，需要配合影像信号的数据传输速度与影像信号/控制信号构成传输线路，来描述注册码。通常，事前测评是为了减少设计后的設計後の返工，但如果像这样投入大量资源进行事前测评，则会本末倒置。

可从出现图像的状态开始

　因此，本公司准备了「MIPI相机SerDes入门套件」，专注于减少将SerDes适用于产业设备用嵌入式摄像头所需的时间和成本负担。硬件配置包括装载了对应V-by-One HS的传送IC「THCV241A」的送信板和装载了接收IC「THCV242A」的收信板、使用RJ-45连接器的以太网线。将对应送信板的相机模组和送信板指定的采集卡（图像读取装置）分别与两块板连接，然后送信板与收信板之间再用以太网线连接（图２）。使用这个工具，就不需要进行硬件方面的开发、以及软件方面的开发与环境配置，在刚出现图像的状态起就能开始SerDes测评。

图２「嵌入式摄像头用SerDes入门套件」的系统构成

　下面就来说明一下我们是如何省去硬件・软件两方面的开发和环境配置而让影像显示出来的。
　首先在硬件方面，我们指定可对应的市售相机模组和图像读取环境，并事先匹配了送信板与收信板的连接器进行连接。其次，在软件方面，通过能确保其运作的一组软件（※由本公司或第三方提供），无需客户来准备。可对应的市售相机模组包括Shikino High Tech的130万（1.3M）像素产品、德国FRAMOS的200万（２M）像素产品以及500万（５M）像素产品、800万（８M）像素产品，共4款产品（图３）。这些都是各公司提供的产业设备用嵌入式相机模组。图像读取环境的采集卡则指定中国DOTHINKEY的产品。该公司的采集卡在中国市场上被广泛使用，以性价比高而出名。

图３　对应的相机模组产品阵容

　此外，连接送信板与收信板的远距离传输线上使用在产业设备领域被广泛使用的RJ-45连接器。使用RJ-45的以太网线容易入手，即便只需要一根能达到CAT6、CAT7这样不同的传输品质级别的线也很容易入手。且线缆的长度也有很多选择，并且可简单制作成自己所需的长度，因此在传输的测评上得分很高。而且，本套工具还附有确认运作用的线。
　这样客户就可以适用这套工具在刚出图的状态就开始进行SerDes的事前测评，并通过替换以太网线来确认传输能力，对线缆适用进行初期探讨。特别是若客户将RJ-45连接器与以太网线适用于量产设计时，就能获得更高的测评结果。

作为参考设计的入门套件

　如果在SerDes的事前测评中确定了可行性，之后我们就将转向用户案件的设计工作，也就是转向所谓的「量产设计」。在量产设计中本工具也能起到很大的作用。
　本公司还将向客户提供本套工具包含的送信/收信板的回路图、BOM（零件清单）以及「THCV241A」、「THCV242A」の注册码。这样一来，出图状态下的硬件/软件环境会将这些数据统一认识为「能出图的正确参数」，作为量产设计时的参考设计也能起到作用。客户将这一「正确参数」与任意设计对照，也能易于进行验证和排除故障。

备份量产设计转移、GUI注册生成工具

　除了构成本套工具的「THCV241A」、「THCV242A」的参考注册码，我们还开始同时提供可自动生成注册码的专用GUI（Graphical User Interface）工具（图４）。使用此GUI工具，可自动生成能对应客户选择的任意相机模组以及周边设备配置的参考注册码。过去需要解读Data Sheet或应用程序、寄存器图等，几乎要从零开始编写代码；但使用此GUI工具就能大幅减轻这些作业的负担。