深度解析CameraLink数据接口
深度解析CameraLink数据接口
为速度而生的Camera Link上世纪90年代末，一种叫做Channel Link（简称C-Link）的芯片组在美国国家半导体实验室成功诞生。使用这种芯片的接口可以将原来只有250Mbit/s的传输速度，经过并行处理后提高到6.4Gbit/s，并且成本几乎不变。从而成为了不需要增加线缆数量，就能提高数据吞吐量的完美替代方案。
Channel Link使用LVDS信号模式（Low-voltage differential signaling。低压差分信号），配置有3个、4个或者8个芯片组并行传输数据，以及每个通道独立配置的同步时钟。其中3通道芯片组具有21个用于用户界面的单端输入和输出，而4通道芯片组具有28个单端输入和输出。8通道芯片组具有48个单端输入和输出。完全可以简单理解为双向两车道、双向四车道和双向八车道。
2000年，Channel Link在美国自动化工业学会AIA的推动下，进化为专为科学级、工业级视觉产品使用的行业标准，包括相机、线缆以及图像采集卡，由此摇身一变成为Camera Link。
Camera Link是使用4通道芯片组的Channel Link版本，总吞吐量为2.38Gbit/s。在此基础上还可以并行放置3个芯片组，总吞吐量超过7Gbit/s。自此相机可以发展更高分辨率和更高的帧速了。
▲Camera Link数据接口
Camera Link四兄弟
Camera Link接口自诞生之初就不断经历各种升级和改造，以适应越来越高的数据吞吐需求。于是乎，我们就能够在市面上看到Base、Medium、Full、Deca四种版本。它们可以传输的数据率不同，甚至有些可以根据需要使用两根电缆进行传输。
“Base”Camera Link配置通过单个连接器/电缆传输信号。使用的电缆是MDR（“Mini D Ribbon”）26针公插头连接器，由3M针对LVDS信号进行了优化。除了传输串行视频数据的5个LVDS对（24位数据和4个成帧/使能位）外，该连接器还带有4个LVDS离散控制信号和2个LVDS异步串行通信通道，用于与摄像机通信。在最大芯片组工作频率（85MHz）下，基本
设置产生的视频数据吞吐量为2.04Gbit/s（255MB/s）。
“Medium”和“Full”Camera Link规范包括更高带宽的配置，可通过第二个连接器或者第二根线缆提供额外的视频数据路径。“Medium”配置使视频带宽加倍，在“Base”配置中添加24位数据和相同的4个成帧/启用位。这产生了一个48位宽的视频数据路径，吞吐量高达4.08Gbit/s（510 MB/s）。“Full”配置为数据路径增加了另外16位，从而产生64位宽的视频路径，可以承载5.44Gbit/s（680MB/s）。
Camera Link接口自诞生之初就不断经历各种升级和改造，以适应越来越高的数据吞吐需求。于是乎，我们就能够在市面上看到Base、Medium、Full、Deca四种版本。它们可以传输的数据率不同，甚至有些可以根据需要使用两根电缆进行传输。
“Base”Camera Link配置通过单个连接器/电缆传输信号。使用的电缆是MDR（“Mini D Ribbon”）26针公插头连接器，由3M针对LVDS信号进行了优化。除了传输串行视频数据的5个LVDS对（24位数据和4个成帧/使能位）外，该连接器还带有4个LVDS离散控制信号和2个LVDS异步串行通信通道，用于与摄像机通信。在最大芯片组工作频率（85MHz）下，基本
设置产生的视频数据吞吐量为2.04Gbit/s（255MB/s）。
“Medium”和“Full”Camera Link规范包括更高带宽的配置，可通过第二个连接器或者第二根线缆提供额外的视频数据路径。“Medium”配置使视频带宽加倍，在“Base”配置中添加24位数据和相同的4个成帧/启用位。这产生了一个48位宽的视频数据路径，吞吐量高达4.08Gbit/s（510 MB/s）。“Full”配置为数据路径增加了另外16位，从而产生64位宽的视频路径，可以承载5.44Gbit/s（680MB/s）。
▲一张图说明白如何区分Base、Medium、Full。如果说Base=Channel Link的话Medium=Base+Channel Link，Full=Base+2Channel Link。
随着相机技术的进一步发展，原有的Camera Link Full标准已经无法满足某些超高分辨率相机的图像采集要求，于是乎将Camera Link Full标准中8个未使用的位，重新进行分配运用起来，新标准“Deca”Camera Link便由此而来。“Deca”标准下可以通过两个连接器或者第二根线缆产生80位的数据路径宽度，极大地拓展了数据带宽，能够承载6.8Gbit/s（850MB/s）
目前业界主流相机制造商都会使用“Camera Link Deca”一词，来表示该模式下兼容的相机和图像采集卡。但是也有一些制造商使用"Extended Full" 来表示Deca配置，甚至还有一些制造商依然还会使用“Camera Link Full”来形容Deca模式。可能会对一部分客户在选择相机的过程中造成误解。
目前业界主流相机制造商都会使用“Camera Link Deca”一词，来表示该模式下兼容的相机和图像采集卡。但是也有一些制造商使用"Extended Full" 来表示Deca配置，甚至还有一些制造商依然还会使用“Camera Link Full”来形容Deca模式。可能会对一部分客户在选择相机的过程中造成误解。
▲早期版本的Camera Link接口如左图所示，使用26针微型Delta Ribbon连接器（MDR-26），针脚在中间板材的支撑下，极易发生各种歪斜。从标准版本1.2开始，允许收缩变体SDR-26，如右图所示，针脚牢牢地包裹着连接口，不易松动，插拔可靠性更高。
2007年升级的1.2版标准中，首次引入了迷你SDR（“Shrunk D Ribbon”）连接器（SDR-26）和相机链路电源（PoCL），从而诞生了Mini Camera Link接口，以及Power on Camera Link（简称PoCL）功能。
2007年升级的1.2版标准中，首次引入了迷你SDR（“Shrunk D Ribbon”）连接器（SDR-26）和相机链路电源（PoCL），从而诞生了Mini Camera Link接口，以及Power on Camera Link（简称PoCL）功能。
更加可靠、更加高速的传输
工业应用中对于更高传输速率的追求是永恒不变的，如何能够在提高数据带宽、提升传输可靠性、提高传输距离的同时，还能够降低成本，那可真是不要太开心。于是乎，正如我们所期望的，新一代接口标准Camera Link HS（简称CLHS）横空出世。
Camera Link HS标准中，电缆可以直接连接FPGA，无需额外器件或者设备，因此成本更低。同时Camera Link HS可以用较高的电压，以及接收机自动均衡来补偿电缆损耗，从而实现较远距离的信号传输。
理论上来说，15m单根铜线可以获得2.1Gbit/s，是单根铜线Camera Link Deca的三倍之多！这种更低成本的接口标准目前已经在各大相机厂商间应用，并且可以实现超过30m的通信距离！
工业应用中对于更高传输速率的追求是永恒不变的，如何能够在提高数据带宽、提升传输可靠性、提高传输距离的同时，还能够降低成本，那可真是不要太开心。于是乎，正如我们所期望的，新一代接口标准Camera Link HS（简称CLHS）横空出世。
Camera Link HS标准中，电缆可以直接连接FPGA，无需额外器件或者设备，因此成本更低。同时Camera Link HS可以用较高的电压，以及接收机自动均衡来补偿电缆损耗，从而实现较远距离的信号传输。
理论上来说，15m单根铜线可以获得2.1Gbit/s，是单根铜线Camera Link Deca的三倍之多！这种更低成本的接口标准目前已经在各大相机厂商间应用，并且可以实现超过30m的通信距离！
▲Piranha XL彩色CMOS TDI线扫描相机仅用一根Camera Link HS线缆，就可以达到3.3Gbit/s的带宽。
相较于Camera Link线缆，Camera Link HS在超过15m的时候可以拥有更长的传输距离；在低于15m的情况下，Camera Link HS单根线缆即可达到和2根Camera Link线缆同样的带宽，部署成本却更低。同样都是3mm线缆直径，Camera Link HS在单根线缆上的带宽高达3.4Gbit/s，这可以让Linea 16K线扫描相机拥有71kHz的全速输出数据。
▲新款Linea 16K线扫描相机同时具有Camera Link接口（左），以及Camera Link HS接口（右）。当应用行频需求超过50kHz时，Camera Link HS接口的Linea 16k就应该是用户的首选。
总结
目前Camera Link HS接口相机最大的应用在FPD领域，对高端相机速度要求的满足非常有代表性。
Camera Link HS接口信号协议与Camera Link完全兼容，但是却支持更高的传输带宽，单一线缆是Camera Link接口的4倍。Camera Link HS接口可实现完全精准的实时外触发，其线缆标准使用更加紧凑、可靠性更高的CX4标准线缆，该标准生命力更长，替换的周期更长。Camera Link HS接口的数据稳定性和可靠性更高，15m~40m的传输距离更长，具备Ack/Nack-Package重发确认功能。同时可以实现系统网络同步处理功能、数据级联。是用户在选择时不可或缺的独特选择。
上一条:苏州库邦2019新品发布-高清光纤线 下一条:CAT网线的标准和类别 返回列表目前Camera Link HS接口相机最大的应用在FPD领域，对高端相机速度要求的满足非常有代表性。
Camera Link HS接口信号协议与Camera Link完全兼容，但是却支持更高的传输带宽，单一线缆是Camera Link接口的4倍。Camera Link HS接口可实现完全精准的实时外触发，其线缆标准使用更加紧凑、可靠性更高的CX4标准线缆，该标准生命力更长，替换的周期更长。Camera Link HS接口的数据稳定性和可靠性更高，15m~40m的传输距离更长，具备Ack/Nack-Package重发确认功能。同时可以实现系统网络同步处理功能、数据级联。是用户在选择时不可或缺的独特选择。