Phytec Embedded Kameras mit SerDes-Chips für Kompakt-Designs und Datenübertragung via Koaxialkabel (phyCAM-L und phyCAM-L-mini).
Board-Level Kameras werden für die Integration in unterschiedlichste Anwendungen entwickelt. Neben kleinstmöglichem Format und genau abgestimmter Funktionalität gehört dazu auch der passende Anschluss. Lösungen mit Koaxialkabel schaffen dabei Flexibilität und ermöglichen die Datenübertragung und Spannungsversorgung mit nur einem Kabel und einer Entfernung von bis zu 15 Metern zwischen Kamerakopf und Prozessorboard.
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, ursprünglich für die schnelle Breitband-Datenübertragung in Konsumer-Anwendungen. 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. 15 cm zwischen Kameramodul und Prozessorboard überbrückt werden können.
Ein Vorteil von Board-Level Kameras gegenüber anderen Industriekameras mit USB- oder GigE-Anschluss ist ihr kompakter Formfaktor – die kleinsten Phytec Kameramodule sind mit nur 18 x 26 mm 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 15 cm. Für solche Anwendungen helfen Hochgeschwindigkeits‑Serializer und ‑Deserializer dabei, das MIPI‑CSI‑2‑Signal in ein serielles Signal zu übersetzen, das dann über ein robustes, flexibles Koaxialkabel übertragen werden kann. Entfernungen von bis zu 15 Metern lassen sich so überbrücken. Das SerDes-System eignet sich außerdem für geräteinterne Verkabelungen mit kostengünstigen, millimeterdünnen RG1.37-Kabeln
Die phyCAM-L-mini Serie ist mit 18 x 26 mm winzig. Der SerDes-Adapter ist auf einer verschraubten Backplane integriert.
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 °C 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 4,16 GBit pro Sekunde und Datenkanal, verzichtet aber auf die Automotive-Zertifizierung und ist für eine Betriebstemperatur von –20 °C 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. Für Tests, Prototypen und den direkten Entwicklungseinstieg stehen entsprechende Phytec Starter Kits mit verschiedenen Kameras und FPD-Link III Konverter sowie kompatible Embedded Imaging Kits zur Auswahl.
FPD-Link III und V3Link sind SerDes Interface-Systeme von Texas Instruments. Beide eignen sich für gängige industrielle Anwendungen.
Ebenso wichtig wie die Auswahl des passenden Übertragungssystems ist auch die Wahl der Kamera selbst. Für größtmögliche Flexibilität bietet Phytec seine Kameramodule – neben der klassischen MIPI CSI-2 Schnittstelle – dafür in mehreren Varianten an, die jedoch allesamt die Datenübertragung über Koaxialkabel unterstützen: Die Board-Level Kameras der phyCAM-L Serie sind wahlweise mit FPD-Link III oder V3Link-Interface erhältlich, wobei der Chip direkt auf der nur 34 x 34 mm kleinen Single-Board-Kamera integriert ist. Die Stromversorgung erfolgt direkt über das Coax-Kabel und ein Expansions-Konnektor ermöglicht die Erweiterung mit Zusatzplatinen vor oder hinter der Kamera, zum Beispiel für die Steuerung von Blitz, Beleuchtung oder Objektiv-Fokus. Für minimal kleine Kamera-Footprints bietet Phytec die phyCAM-M-mini Serie mit einem Formfaktor von nur 18 x 26 mm bei voller Industrietauglichkeit, die über ein direktes MIPI-Interface verfügt. Diese Kameras sind ebenfalls als phyCAM-L-mini für die Anbindung per Koaxkabel erhältlich: Dafür wurden die Board-Level-Kameras mit einer Backplane ergänzt, die hinter das Kameramodul geschraubt wird. Die Platine integriert den SerDes-Chip sowie die Erweiterungsschnittstelle für Stromversorgung, I²C, Strobe- und Shuttersignale, sodass die Funktionalität identisch zur phyCAM-L Serie ist. Alle Kameras bietet Phytec fertig konfektioniert mit Wunsch-Objektiv – ebenso wie Embedded Vision Kits und individuelle Elektroniken für die Integration von Bildverarbeitung in Seriengeräte.