工業(yè)攝像機與傳感器領域　以太網(wǎng)技術優(yōu)勢明顯

　　以太網(wǎng)起初是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準，使用載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測技術，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上，以太網(wǎng)與IEEE802.3系列標準相類似。除了在工業(yè)控制自動化網(wǎng)絡領域已廣泛普及外，以太網(wǎng)的應用也繼續(xù)擴大到更多工廠的器件和傳感器層。針對工業(yè)攝像機和傳感器的應用，考慮采用基于以太網(wǎng)的連接而放棄模擬或 LVDS 等傳統(tǒng)方法的原因可能并不明顯。如圖 1 所示，攝像機和中央單元的處理成本較高。然而，許多關鍵要素最終仍為汽車制造商提供了更低的成本和更高的性能。

　　圖 1. 攝像機耗費成本

　　采用低成本非屏蔽線纜可顯著降低線纜的成本。此外，基于標準的 100BASE-TX 以太網(wǎng)也無需再使用有源以太網(wǎng) （PoE） 提供的額外的電力電纜。然而，要了解以太網(wǎng)的真正價值，必須通過簡單的材料清單看到更深的層次。一個連接辦公室、程序、控制和器件層的單一公用網(wǎng)絡即可以遠程方式識別、監(jiān)視和控制網(wǎng)絡上的每一個器件。這不但可大幅提高管理效率，降低操作成本，還能顯著降低甚至消除更多明顯的機器故障風險。

　　攝像機挑戰(zhàn)

　　對設計師而言，任何傳感器或攝像機應用都面臨一些共同的關鍵挑戰(zhàn)；小尺寸，面向工業(yè)和汽車應用的攝像機和傳感器市場的發(fā)展，催生了越來越多的空間限制要求；低功耗，攝像機傳感器產(chǎn)生的熱噪聲會直接影響圖像質(zhì)量。在缺乏所需空間限制的情況下，改善熱功耗和更低的功率對達到所需性能至關重要，低噪耗，和熱噪聲一樣，電噪聲也會降低傳感器圖像的質(zhì)量。此外，還必須在最好不使用高成本線纜（例如，光纖電纜或屏蔽線纜等）的前提下達到工業(yè) EMC 的排放要求；高可靠性，能夠在極端惡劣的環(huán)境下提供必要性能。

　　為證明標準以太網(wǎng)能符合攝像機系統(tǒng)的需求，麥瑞找來了汽車傳感器專業(yè)廠商 Silicon Micro Sensors GmbH（First Sensor AG 移動業(yè)務部）共同針對要求最嚴格的應用，設計出一款小尺寸的“即可投產(chǎn)”的汽車和工業(yè)級解決方案；1.百萬像素 （720p） 級高動態(tài)范圍 （HDR） 攝像機 ；2.視野范圍在 55° 到 190° 之間；3.MJPEG 視頻壓縮；4.以太網(wǎng) AVB 兼容比特流（MJPEG 或 UDP）；5.支持有源以太網(wǎng)；6.在低成本非屏蔽雙絞線上的速度可超過 100Mbps；7.達到 IP68 / IP6k9 標準，防水、防刮、防霧；下方圖 2 所示的麥瑞/SMS 解決方案基本功能方塊圖，在所有標準以太網(wǎng)攝像機設計中非常普遍。

　　圖 2. 以太網(wǎng)攝像機功能方塊圖

　　解決方案提供 Omnivision OV10635 或 ApTIna AR0132AT 圖像傳感器等兩種選擇。飛思卡爾 MPC5604 處理器可根據(jù)輸入的 YUV 數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行 MJPEG 壓縮，并通過 MII（媒體獨立接口）連接到麥瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE？ 100BASE-TX 以太網(wǎng) PHY。麥瑞 DS1001 MEMs 振蕩器提供系統(tǒng)定時。電源管則由經(jīng)過優(yōu)化的有源以太網(wǎng)絡進行管理。以太網(wǎng)物理層可提供一系列可滿足攝像機系統(tǒng)需求的優(yōu)勢。

　　最少材料清單和小尺寸

　　采用標準的汽車以太網(wǎng)解決方案的一大優(yōu)勢在于，可提供獨立于應用的最少標準材料清單，如下圖 3 所示。這提供了可超越任何汽車特定解決方案的規(guī)模經(jīng)濟效益，并可形成多供貨商模式，使選擇面更廣，成本更低。

　　圖 3. 標準以太網(wǎng)材料清單

　　物理層由尺寸僅有 5mm x 5mm 的麥瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE？ 100BASE-TX 以太網(wǎng)收發(fā)器提供。必須確保最低限度的電源濾波，且 PHY 收發(fā)器和磁性組件之間的線路接口不需要額外的無源器件，這可在提高信號完整性的同時降低成本和縮小 PCB 板上的空間。另外也可以使用標準以太網(wǎng)磁性組件。近年來，以太網(wǎng)磁性組件已大為普及。在此，我們采用了 TDK 最新推出的汽車和工業(yè)以太網(wǎng)磁性組件。ALT4352 系列可支持表面貼裝技術；以繞線機繞制且尺寸更小的解決方案，最大高度僅2.9mm，非常適合空間有限的攝像機模塊。繞線機繞制磁性的組件不但可以降低成本，準確性也更高（相對傳統(tǒng)手繞線圈組而言），并可提供功能更強且始終如一的性能。