目前在圖像采集系統(tǒng)中，由于采集數(shù)據(jù)量很大,，因此對(duì)采集系統(tǒng)的采集速率以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸有很高的要求,。尤其在應(yīng)用CCD/CMOS高速圖像傳感器進(jìn)行圖像采集的系統(tǒng)中，其數(shù)據(jù)傳輸速率高,、傳輸通道多的特點(diǎn)使傳統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸方法存在很大的局限性,。比如，物理層接口無法滿足數(shù)據(jù)的傳輸速度,；由于傳輸通道的增多引起傳輸導(dǎo)線數(shù)量的增加導(dǎo)致系統(tǒng)功耗,、噪聲也隨之增大^[1]等。因此,，采用新的技術(shù)解決多通道,、高速CCD/CMOS 圖像數(shù)據(jù)采集成為必然趨勢(shì)。低電壓差分信號(hào)" title="差分信號(hào)">差分信號(hào)傳輸技術(shù)簡(jiǎn)稱LVDS（Low Voltage Differential Signaling）為解決這一瓶頸問題提供了可能,。
　　　本文設(shè)計(jì)一種適用于高速,、多通道CMOS圖像數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，將LVDS技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)傳輸部分,使系統(tǒng)能滿足圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí),、穩(wěn)定,、高速傳輸?shù)囊蟆?BR>1 LVDS技術(shù)
　　LVDS是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，它使得信號(hào)能在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上傳輸數(shù)據(jù),，并且允許單個(gè)通道傳輸率達(dá)到每秒數(shù)百兆比特（Mbps）,。LVDS接口是一種單工方式，必要時(shí)也可使用半雙工,、多點(diǎn)配置方式,，但一般在噪聲較小、距離較短的情況下才適用,。其點(diǎn)到點(diǎn)連接的差分對(duì)由一個(gè)驅(qū)動(dòng),、互聯(lián)器和接收器組成。
　　LVDS技術(shù)的主要特點(diǎn)有：
　　(1)高速傳輸能力,。LVDS技術(shù)的恒流源模式低擺幅輸出意味著LVDS能高速驅(qū)動(dòng),。
　　(2)低噪聲/低電磁干擾。LVDS信號(hào)是低擺幅的差分信號(hào),，差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸方式比單線數(shù)據(jù)傳輸對(duì)共模輸入噪聲有更強(qiáng)的抵抗能力,，在兩條差分信號(hào)線上電流方向及電壓振幅相反，噪聲以共模方式同時(shí)耦合到兩條線上,。而接收端只關(guān)心兩信號(hào)的差值,，于是噪聲被抵消。由于兩條信號(hào)線周圍的電磁場(chǎng)也相互抵消,，故比單線信號(hào)傳輸電磁輻射小得多,。而且，恒流源驅(qū)動(dòng)模式不易產(chǎn)生振鈴和切換尖鋒信號(hào),，進(jìn)一步降低了噪聲,。
　　(3)低功耗。LVDS器件是用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的,，因此靜態(tài)功耗低,。而且其負(fù)載功耗低、恒流源模式驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)也降低系統(tǒng)功耗,。
　　(4)節(jié)省成本,。功率的大幅降低允許在單個(gè)集成電路上集成多個(gè)接口驅(qū)動(dòng)器和接收器，這樣提高了PCB板的效能,，減少了成本,。
　　另外，由于是低擺幅差分信號(hào)技術(shù),，其驅(qū)動(dòng)和接收不依賴于供電電壓,，如5V，因此LVDS能比較容易應(yīng)用于低電壓系統(tǒng)中,，如3.3V甚至2.5V的系統(tǒng)都能保持同樣的信號(hào)電平和性能,。LVDS也易于匹配終端。無論其傳輸介質(zhì)是電纜還是PCB走線,，都必須與終端匹配,，以減少不希望的電磁輻射，提供最佳的信號(hào)質(zhì)量,。通常一個(gè)盡可能靠近接收輸入端的100Ω 終端電阻跨在差分線上即可提供良好的匹配,。目前LVDS技術(shù)在傳輸距離上有其局限性，一般應(yīng)用在20米以下^[2],。
2設(shè)計(jì)思想及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
　　系統(tǒng)選用LUPA1300高速CMOS圖像傳感器,，它具有1280×1024的像素，像素尺寸為14μm×14μm,全分辨率下的幀速為450幀/秒,，其高幀速通過16個(gè)并行輸出放大器實(shí)現(xiàn),，每一放大器的像素率為40MHz，每相元的數(shù)據(jù)為8bit,。如果16通道同時(shí)并行輸出圖像數(shù)據(jù),，則傳輸通道的數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)40×8×16=5.120Gbps,。如此大的數(shù)據(jù)吞吐量要求系統(tǒng)不僅有極高的數(shù)據(jù)傳輸率，而且要能夠適應(yīng)于多個(gè)通道,、不同速率的CMOS圖像數(shù)據(jù)采集,，即要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通道合并，并且有較寬的數(shù)據(jù)傳輸頻帶,。
　　根據(jù)以上的分析,，本系統(tǒng)在基于LVDS技術(shù)的情況下采用了Camera Link協(xié)議。Camera Link協(xié)議是一個(gè)工業(yè)高速串口數(shù)據(jù)和連接協(xié)議,，它是各公司達(dá)成的一種協(xié)議,，目的是簡(jiǎn)化圖像采集接口，方便高速圖像傳感器和采集系統(tǒng)的連接,。Camera Link硬件結(jié)構(gòu)分為三類：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（Base）,、中間結(jié)構(gòu)（Medium）和完全結(jié)構(gòu)（Full）^[3]。根據(jù)Camera Link的硬件結(jié)構(gòu)的分析,，每個(gè)連接端口選用兩個(gè)MDR26連接器構(gòu)建Camera Link的Full結(jié)構(gòu),，即支持8路8bit的數(shù)據(jù)端口，將輸出的圖像數(shù)據(jù)按照8通道并行采樣,。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示,。由圖1 可以看出，CMOS圖像傳感器將圖像數(shù)據(jù)并行輸出后,，通過Camera Link發(fā)送器" title="發(fā)送器">發(fā)送器/接收器將并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉刂茊卧?，后?jīng)過緩存模塊將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SCSI硬盤陣列。其中,，采集控制單元完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理,，同時(shí)也向相機(jī)發(fā)出相機(jī)控制信號(hào)。而虛線所框的部分為數(shù)據(jù)傳輸部分,，這部分應(yīng)用LVDS技術(shù)實(shí)現(xiàn),，下面將重點(diǎn)介紹。
3 數(shù)據(jù)傳輸部分
3.1芯片選擇及其工作原理
　　應(yīng)用LVDS技術(shù),，首先要將并行圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LVDS串行數(shù)據(jù)流,，這就需要用到串行片和解串片（即圖1中所示的Camera Link發(fā)送器和Camera Link接收器）。Camera Link發(fā)送器將CMOS/TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成LVDS串行數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸,。Camera Link接收器接收LVDS數(shù)據(jù)流并將其解串成CMOS/TTL數(shù)據(jù),。本系統(tǒng)選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的Channel Link芯片DS90CR287/DS90CR288。圖2所示為該芯片的工作原理,。

　　從圖2可以看出,，28bit并行圖像數(shù)據(jù)經(jīng)DS90CR287轉(zhuǎn)換為4路LVDS串行數(shù)據(jù)流，同時(shí)在第5組LVDS鏈路上將移位時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送出去,。這些數(shù)據(jù)流通過Camera Link電纜傳輸,。當(dāng)DS90CR28接收到LVDS數(shù)據(jù)流后,，將其解串恢復(fù)為28bit的并行數(shù)據(jù)輸出進(jìn)行后續(xù)處理。在每個(gè)時(shí)鐘周期,，對(duì)28bit輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并且串行傳輸,。每個(gè)LVDS數(shù)據(jù)通道可以以525Mbps的速率傳輸28bit的TTL數(shù)據(jù)，如果使用75MHz的時(shí)鐘頻率,，則整體的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到2.10Gbps。
3.2 Camera Link接口連接
　　根據(jù)Camera Link協(xié)議的要求,，選用MDR26連接器作為圖像采集部分與圖像數(shù)據(jù)傳輸部分,、圖像傳輸部分與系統(tǒng)控制部分的接口。當(dāng)并行圖像數(shù)據(jù)通過LVDS發(fā)送器轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)VDS數(shù)據(jù)流后,，經(jīng)過MDR26連接器傳輸?shù)紺amera Link電纜進(jìn)行傳輸,，在Camera Link電纜與LVDS接收器之間仍需MDR26連接器作為接口連接。圖3所示為圖像傳輸部分與系統(tǒng)控制部分的接口圖,。