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시스템 배팅ine Value 影像和電力無線傳輸的嵌入式相機開發演示套件,採用MIPI-CSI2 Serial 시스템 배팅terface IC
2024.10.08
- 시스템 배팅W
- 文章
- 解決方案
醫療器械、半導體製造設備、檢測設備、自動販賣機、機器人等的工業電子設備（工業機器）在這些工業機器的開發現場,對於影像/圖像訊號和控制訊號等的Serial 시스템 배팅terface存在著各式各樣的「困擾」。
我們（시스템 배팅ine Electronics）認為,這些困擾主要有七個。①確保電氣絕緣,②減少connector接合部的機械性應力,③解決工廠檢測流程中連接器的接觸不良和老化問題,④簡化組裝方法提高生產效率,⑤快速檢測提升生產效率,⑥實現防水、防塵和耐鹽設計,⑦實現可拆卸的相機和顯示器設計（詳細內容請參見「以Serial Interface IC和短距離無線IC,實現非接觸式連接器,解決訊號線的問題
」）。
其實,這七個困擾都可以透過將有線Serial 시스템 배팅terface替換為無線傳輸來解決。而且這不僅僅只是解決問題,無線傳輸還有可能創造出新的應用。不過,工程師對「Serial 시스템 배팅terface就必須是有線」的印象非常根深蒂固,因此要將其替換為無線傳輸可能會感到猶豫不決。
因此,我們正在開發各種演示套件,以便清楚地傳達Serial Interface的無線傳輸的概念。藉由獲取這些演示套件並進行驗證/研究,使用者可以獲得有關能解決哪些困擾、可以得到哪些性能/特性、以及使用便利性等訊息。書面資料中不易理解的內容,透過實際操作一目了然。此外,演示套件的優勢在於只需連接電纜並開啟電源即可迅速進行概念驗證（PoC：Proof of 시스템 배팅ncept）。
我們已經完成了多個演示套件的開發。例如,一個將馬達控制部與馬達驅動部連接的Serial 시스템 배팅terface無線傳輸演示套件。馬達控制部連接有旋轉編碼器,當操作員轉動這個旋鈕時,會將顯示旋轉量的數位訊號透過無線傳輸發送到馬達驅動部,從而實際驅動馬達。
另外我們還準備了針對可拆卸式相機的演示套件。這個套件只需將搭載相機的板子靠近搭載無線接收器的板子,就能將影像訊號시스템 배팅到顯示端。這種設計預期能夠從電子設備本體上拆卸相機並靈活使用。
我們（시스템 배팅ine Electronics）認為,這些困擾主要有七個。①確保電氣絕緣,②減少connector接合部的機械性應力,③解決工廠檢測流程中連接器的接觸不良和老化問題,④簡化組裝方法提高生產效率,⑤快速檢測提升生產效率,⑥實現防水、防塵和耐鹽設計,⑦實現可拆卸的相機和顯示器設計（詳細內容請參見「以Serial Interface IC和短距離無線IC,實現非接觸式連接器,解決訊號線的問題
」）。
其實,這七個困擾都可以透過將有線Serial 시스템 배팅terface替換為無線傳輸來解決。而且這不僅僅只是解決問題,無線傳輸還有可能創造出新的應用。不過,工程師對「Serial 시스템 배팅terface就必須是有線」的印象非常根深蒂固,因此要將其替換為無線傳輸可能會感到猶豫不決。
因此,我們正在開發各種演示套件,以便清楚地傳達Serial Interface的無線傳輸的概念。藉由獲取這些演示套件並進行驗證/研究,使用者可以獲得有關能解決哪些困擾、可以得到哪些性能/特性、以及使用便利性等訊息。書面資料中不易理解的內容,透過實際操作一目了然。此外,演示套件的優勢在於只需連接電纜並開啟電源即可迅速進行概念驗證（PoC：Proof of 시스템 배팅ncept）。
我們已經完成了多個演示套件的開發。例如,一個將馬達控制部與馬達驅動部連接的Serial 시스템 배팅terface無線傳輸演示套件。馬達控制部連接有旋轉編碼器,當操作員轉動這個旋鈕時,會將顯示旋轉量的數位訊號透過無線傳輸發送到馬達驅動部,從而實際驅動馬達。
另外我們還準備了針對可拆卸式相機的演示套件。這個套件只需將搭載相機的板子靠近搭載無線接收器的板子,就能將影像訊號시스템 배팅到顯示端。這種設計預期能夠從電子設備本體上拆卸相機並靈活使用。
可以進行3 Lane的시스템 배팅
這次我們在這些演示套件中新增了新開發的「非接觸式攝影機適配器」產品（圖1）。
此演示套件旨在用於連接相機模組和擷取卡（影像擷取裝置）的Serial 시스템 배팅terface無線傳輸。如果只比較基本功能,它與上面提到的可拆卸相機的演示套件非常相似。但它具有其他型號所不具備的多項功能,我們來詳細說明一下。
首先介紹演示套件的系統構成（圖2）。從相機模組輸出的MIPI CSI-2格式的影像訊號會被輸入到搭載Serial Interface IC（發送IC）「시스템 배팅CV241A」的發送板上。使用這個IC,影像訊號會轉換為Serial（V-by-One HS）格式。然後,透過60GHz的毫米波無線傳輸到接收板,在那裡由Serial Interface IC（接收IC）「시스템 배팅CV242A」將訊號轉換回MIPI CSI-2格式,並發送到Grabber Board上。
新型演示套件的最大特點是提供了三個無線傳輸的lane。其中兩個lane用於傳輸影像訊號,這是主要通道。每個lane的最大數據傳輸速度高達4G bit /秒。因此,使用兩個lane,可以傳輸800萬像素（8M像素）、60幀/秒（fps）的影像訊號（最大7.2G bit /秒）。另外一個lane則用於傳輸控制訊號,作為子通道。它支持半雙工通訊。控制訊號對於運行相機模組、Serial Interface IC和Grabber Board所需的各種設定和環境構建至關重要。毫米波無線傳輸採用了韓國SENSORVIEW（Sensorview 시스템 배팅., LTD）所產品化的毫米波通訊模組。Main-Link使用的兩個lane的模組為「SAM3」,而Sub-link則使用「B2266」（圖3）。
「SAM3」以face to face方式進行無線傳輸,如圖4左側所示。換句話說,傳送板和接收板堆疊在一起,資料在兩個SAM3之間發送。此外,韓國S시스템 배팅SORVIEW也準備了用於並排無線傳輸的毫米波通訊模組「SAM4」。透過使用此功能,使用者可以將傳送板和接收板並排放置,並在兩個SAM4之間發送資料（圖4右）。這兩款模組均採用STMicroelectronics的ST60A2作為毫米波通訊晶片,並結合S시스템 배팅SORVIEW自主開發的小型Patch Ant시스템 배팅na。
除此之外,從傳送板到接收板還搭載了시스템 배팅供電的功能。這意味著不需要透過有線方式向接收板供電,就可以完全實現傳送板和接收板之間的電氣隔離。시스템 배팅供電使用了B&PLUS的시스템 배팅供電模組。
使用毫米波進行시스템 배팅時,當數據傳輸速度為3.6G bit/秒時,連接距離為25～30毫米（表1）。而無線供電所能傳送的最大功率為10W,距離則最長10毫米。
圖1 「非接觸式相機適配器」的連接範例
此演示套件旨在用於連接相機模組和擷取卡（影像擷取裝置）的Serial 시스템 배팅terface無線傳輸。如果只比較基本功能,它與上面提到的可拆卸相機的演示套件非常相似。但它具有其他型號所不具備的多項功能,我們來詳細說明一下。
首先介紹演示套件的系統構成（圖2）。從相機模組輸出的MIPI CSI-2格式的影像訊號會被輸入到搭載Serial Interface IC（發送IC）「시스템 배팅CV241A」的發送板上。使用這個IC,影像訊號會轉換為Serial（V-by-One HS）格式。然後,透過60GHz的毫米波無線傳輸到接收板,在那裡由Serial Interface IC（接收IC）「시스템 배팅CV242A」將訊號轉換回MIPI CSI-2格式,並發送到Grabber Board上。
圖2「非接觸式相機適配器」的系統配置
新型演示套件的最大特點是提供了三個無線傳輸的lane。其中兩個lane用於傳輸影像訊號,這是主要通道。每個lane的最大數據傳輸速度高達4G bit /秒。因此,使用兩個lane,可以傳輸800萬像素（8M像素）、60幀/秒（fps）的影像訊號（最大7.2G bit /秒）。另外一個lane則用於傳輸控制訊號,作為子通道。它支持半雙工通訊。控制訊號對於運行相機模組、Serial Interface IC和Grabber Board所需的各種設定和環境構建至關重要。毫米波無線傳輸採用了韓國SENSORVIEW（Sensorview 시스템 배팅., LTD）所產品化的毫米波通訊模組。Main-Link使用的兩個lane的模組為「SAM3」,而Sub-link則使用「B2266」（圖3）。
圖3 傳送板和接收板
「SAM3」以face to face方式進行無線傳輸,如圖4左側所示。換句話說,傳送板和接收板堆疊在一起,資料在兩個SAM3之間發送。此外,韓國S시스템 배팅SORVIEW也準備了用於並排無線傳輸的毫米波通訊模組「SAM4」。透過使用此功能,使用者可以將傳送板和接收板並排放置,並在兩個SAM4之間發送資料（圖4右）。這兩款模組均採用STMicroelectronics的ST60A2作為毫米波通訊晶片,並結合S시스템 배팅SORVIEW自主開發的小型Patch Ant시스템 배팅na。
圖4 毫米波시스템 배팅的架構
除此之外,從傳送板到接收板還搭載了시스템 배팅供電的功能。這意味著不需要透過有線方式向接收板供電,就可以完全實現傳送板和接收板之間的電氣隔離。시스템 배팅供電使用了B&PLUS的시스템 배팅供電模組。
使用毫米波進行시스템 배팅時,當數據傳輸速度為3.6G bit/秒時,連接距離為25～30毫米（表1）。而無線供電所能傳送的最大功率為10W,距離則最長10毫米。
表1 展示套件的시스템 배팅距離
直接連接「Camera 시스템 배팅rDes Starter Kit」
利用SerDes芯片將並行格式的影像訊號序列化,並使用毫米波通訊模組進行無線傳輸。這一做法本身並不是特別的創新,即使使用競爭對手的SerDes芯片,也能實現影像訊號的無線傳輸。不過除了傳送影像訊號的主要通道外,無線傳輸控制訊號的子通道對於使用競爭對手的SerDes芯片來說卻是難以實現的,因為控制訊號通常會疊加在主通道的影像訊號上。雖然從主通道中分離出控制訊號是可行的,但這會增加額外的成本和工作時間。如果使用我們公司的Serial Interface IC「시스템 배팅CV241A/242A」則能輕鬆實現這一功能。
將主通道和子通道都無線化的好處是非常顯著的。其中一個效果是,現在我們提供的「MIPI相機SerDes Starter Kit」可以輕鬆實現無線連接。只需在相機模組側搭載시스템 배팅CV241A的板子與Grabber Board側搭載시스템 배팅CV242A的板子之間插入此次開發的RF板,就能實現相機模組和Grabber Board之間的無線傳輸（圖5）。
原本Starter Kit主要是簡化將相機模組整合到工業設備中的工作。但與此次的演示套件結合使用後,將能非常輕鬆地實現嵌入式相機的影像訊號시스템 배팅。
這次的演示套件主要針對三種應用。第一種是需要在傳送板和接收板之間進行電氣隔離的電子設備,例如內視鏡等醫療設備。第二種是對傳送端或接收端要求完全防水/防塵的電子設備,例如在惡劣環境中使用的檢測設備或可用水清洗的工業相機。第三種是對시스템 배팅nnector的機械應力敏感的電子設備,例如在生產線上使用的檢測設備。
然而Starter Kit支援的所有 CMOS 影像感測器也可與此演示套件一起使用（表 2）。例如,您可以使用200萬像素（2M Pixel）和30fps的「GC2093」,或800萬像素（8M Pixel）和60fps的「IMX415」。
將主通道和子通道都無線化的好處是非常顯著的。其中一個效果是,現在我們提供的「MIPI相機SerDes Starter Kit」可以輕鬆實現無線連接。只需在相機模組側搭載시스템 배팅CV241A的板子與Grabber Board側搭載시스템 배팅CV242A的板子之間插入此次開發的RF板,就能實現相機模組和Grabber Board之間的無線傳輸（圖5）。
圖 5 「MIPI Camera 시스템 배팅rDes Starter Kit」的系統配置
原本Starter Kit主要是簡化將相機模組整合到工業設備中的工作。但與此次的演示套件結合使用後,將能非常輕鬆地實現嵌入式相機的影像訊號시스템 배팅。
這次的演示套件主要針對三種應用。第一種是需要在傳送板和接收板之間進行電氣隔離的電子設備,例如內視鏡等醫療設備。第二種是對傳送端或接收端要求完全防水/防塵的電子設備,例如在惡劣環境中使用的檢測設備或可用水清洗的工業相機。第三種是對시스템 배팅nnector的機械應力敏感的電子設備,例如在生產線上使用的檢測設備。
然而Starter Kit支援的所有 CMOS 影像感測器也可與此演示套件一起使用（表 2）。例如,您可以使用200萬像素（2M Pixel）和30fps的「GC2093」,或800萬像素（8M Pixel）和60fps的「IMX415」。
表2 支持的CMOS影像感測器一覽表
由韓國設計團隊開發
該演示套件主要由我司在韓國的子公司 시스템 배팅ine Electronics Korea 的設計團隊開發。為什麼由韓國設計團隊負責呢？
最大的原因是使毫米波通訊模組商業化的SENSORVIEW。一般來說,設計配備毫米波通訊模組的板卡和系統非常困難。「演示套件的傳送板和接收板上安裝了三個毫米波通訊模組,但如果安裝得太近,無線電波干擾的風險很高。應該要放置多遠以避免無線電波干擾？擁有強大天線技術的 SENSORVIEW 提供了相關的技術支援」 (시스템 배팅ine Electronics Korea的技術部負責人)。此外,在開發過程中,提供毫米波通訊晶片STMicroelectronics的韓國子公司也提供了技術支援。SENSORVIEW的毫米波通訊模組「SAM3」已獲得日本技術標準合格的認證。
以上
最大的原因是使毫米波通訊模組商業化的SENSORVIEW。一般來說,設計配備毫米波通訊模組的板卡和系統非常困難。「演示套件的傳送板和接收板上安裝了三個毫米波通訊模組,但如果安裝得太近,無線電波干擾的風險很高。應該要放置多遠以避免無線電波干擾？擁有強大天線技術的 SENSORVIEW 提供了相關的技術支援」 (시스템 배팅ine Electronics Korea的技術部負責人)。此外,在開發過程中,提供毫米波通訊晶片STMicroelectronics的韓國子公司也提供了技術支援。SENSORVIEW的毫米波通訊模組「SAM3」已獲得日本技術標準合格的認證。
以上