MIPI CSI-2 mit langen Kabeln
Für die Signalübertragung zwischen Bildsensor und Verarbeitungseinheit hat sich MIPI CSI-2 als de-facto Standard etabliert. Das Protokoll für die Übertragung von Bild- und Videodaten wurde 2005 von der MIPI Alliance vorgestellt, und war ursprünglich für die schnelle Breitband-Datenübertragung in Consumer-Anwendungen vorgesehen. Mit hoher Leistungsfähigkeit, geringer Energieaufnahme und unproblematischen elektromagnetischen Eigenschaften hat sich die MIPI-Schnittstelle schnell auch für industrielle Anwendungen durchgesetzt und wird heute von fast allen gängigen Prozessorplattformen unterstützt. Dabei kommen in der Regel Flachbandkabel zum Einsatz, mit denen maximal ca.15cm zwischen Kameramodul und Prozessorboard überbrückt werden können.
Koaxialkabel: Signalübertragung bis zu 15m
Ein Vorteil von Board-Level Kameras gegenüber anderen Industriekameras mit USB- oder GigE-Anschluss ist ihr kompakter Formfaktor. So sind die kleinsten Phytec Kameramodule nur 18x26mm klein, also kaum größer als eine 2-Cent-Münze. Das ermöglicht die Integration in kleinsten Geräten, filigranen Teleskop-Armen oder Sensorköpfen. In diesen Fällen sowie bei Multi-Kamera-Systemen mit mehreren Kameras und einer zentralen Elektronik beträgt die Entfernung zwischen Kameras und Verarbeitungseinheiten oft mehr als 15cm. Für solche Anwendungen helfen Highspeed-Serializer und -Deserializer, das MIPI CSI-2 Signal in ein serielles Signal zu übersetzen, welches dann über ein flexibles Koaxialkabel übertragen werden kann. Entfernungen von bis zu 15m können damit überbrückt werden. Das SerDes-System eignet sich außerdem für geräteinterne Verkabelungen mit kostengünstigen, millimeterdünnen RG1.37-Kabeln.
Unterschied FPD-Link und V3Link?
Für die Datenübertragung über Coax-Kabel kommen am Kameramodul sowie auf dem Prozessorboard SerDes-ICs zum Einsatz. Sie wandeln das Signal transparent, sodass am Ausgang des Deserializers erneut ein MIPI CSI-2 konformes, digitales Signal zur Verfügung steht. FPD-Link III ist dabei das bekannteste Protokoll. Es wurde von Texas Instruments für den Automotive-Markt entwickelt und erfüllt auch die Anforderungen an Ausfallsicherheit gemäß AEC-Q100. Damit, sowie mit dem erweiterten Betriebstemperaturbereich von -40 bis +105°C, übertrifft es gängige Anforderungen für viele industrielle Embedded Vision Anwendungen. Insbesondere die hohe Nachfrage aus dem Automotive-Markt, wo immer mehr Kameras integriert werden, treibt den Preis der FPD-Link III ICs in die Höhe. Die Verknappung in Folge der Corona-Krise hat hier zu einem vorübergehenden Höchststand geführt. Mit V3Link hat Texas Instruments neben FPD-Link III jedoch ein weiteres Interface-System im Angebot, das weniger bekannt und verbreitet ist, für die meisten industriellen Anwendungen aber vollkommen ausreicht. V3Link bietet die gleiche Datenrate von 4,16GBit pro Sekunde und Datenkanal, verzichtet aber auf die Automotive-Zertifizierung und ist für eine Betriebstemperatur von -20 bis +85°C zugelassen. Beide Varianten sind kompatibel und können bei Bedarf sogar gemischt verwendet werden. Phytec Microcontroller-Module unterstützen beide SerDes-Systeme mit entsprechenden Treibern im Board Support Package und ermöglichen so eine Plug&Play-Inbetriebnahme.