基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计

文章描述:-2022年3月29日发(作者:颜褒)2009矩第3期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor2009No.3基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计孙春凤,袁峰,丁振良,何雷(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,黑龙江哈尔滨150001)摘要:针对图像传感器采集数据量大、传输通道多、传输速度快等特点,将LVDS技术应用于图像采集系统,提出了一种基于LVDS技术的多通

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基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计2022年3月29日发(作者:颜褒)


2009矩
第3期
仪表技术与传感器
Instrument
Technique
andSensor
2009
No.3
基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计
孙春凤,袁峰,丁振良,何雷
(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:针对图像传感器采集数据量大、传输通道多、传输速度快等特点,将LVDS技术应用于图像采集系统,提出了一
种基于LVDS技术的多通道高速图像采集系统。详细介绍了LVDS技术的基本工作原理、技术特点,并结合实际设计要
求,重点阐述了多通道高速图像采集系统的总体结构和各部分的硬件构成及系统控制部分的软件设计流程。同时,对于
不同的图像尺寸和SPI接口情况进行了FPGA内部模块的系统仿真,证明整个系统能够实现对数据量高达5.9
Gbit/s的
1280×1024图像阵列的实时采集和数据传输功能。
关键词:图像传感器;LVDS;图像采集
中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1002—1841(2009)03—46—03
on
Design
of
High-speedImageAcquisitionSystem
Based
SUN
LVDS
Technology
Chun・feng,YUAN
Feng,D1NGZhen-liang,HE
Lei
(Harbin
Instituteof
Technology,Department
of
Automation
Measurement
and
Control,Harbin
150001,China)
presented

Abstract:This
paper
mass
hish—speed
imageacquisitionsystem
based
on
LVDS
technology,with
the
characteristics
of
data,multiple
channels,hi【gh・speed
of
data
acquisition.It
expatiated
the
operation
principle
and
technology
characteristics
of
differential
signaling(LVDS),and
emphasized
the
wholeframe,hardware
tO
structure
low
vdtage
part.It
pixel
and
software
design
of
control
simulatedFPGAinternalmodules
according
and
transmit5.9
image
size
and
SPI
pert.and
proved
the
system
Can
acquire

280×l
024
array
Gbits/s
image
data.
Key
words:image
sensor;LVDS;image
acquisition
1.1
O引言
目前,在高速图像采集领域中,成像系统多采用CCD或
CMOS图像传感器作为图像采集器件,随着CCD/CMOS图像传
感器像素阵列的增加和采集速率的增大,单位时间内图像传感
器采集的数据量成倍增加,因此要求数据传输速度越来越高。
通常单通道数据传输方式已无法满足高速图像采集系统的数
据传输的要求,必须采用多通道并行的传输方式。采用新的技
术解决I/O接口问题成为必然趋势,LVDS高速低功耗接口标
准为解决该问题提供了可能¨】。多通道并行的高速图像采集
系统设计过程中,将LVDS技术应用于并行数据传输部分,使系
统能实时实现快速运动目标高速图像采集和传输的功能。

LⅥ)s工作原理
简单的LVDS传输系统由一个驱动器和一个接收器通过一
段差分阻抗为100n的导体连接而成,如图1所示。驱动器由
一个恒流源(通常为3.5mA)驱动一对差分信号线组成,由于
接收器的直流输入阻抗很高,所以几乎全部的驱动电流直接流
经100
Q的终端电阻,从而在接收器输入端产生约350
mV的
电压。当驱动状态反转时,流经电阻的电流方向改变,于是在
接收端产生一个有效的…0’或…1逻辑状态。

LVDS技术
LVDS(Low
Voltage
Differential
signaling)接口又称RS一644
总线接I=I【2],是一种低摆幅的差分信号技术,核心是采用极低
的电压摆幅(约350mY)高速差动传输数据,实现点对点或一
点对多点的连接,具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特
图1
LVDS的基本工作原理
点,其传输介质可以是铜质的PCB连线,也可以是平衡电缆。
LVDS在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中
得到广泛的应用。目前,流行的LVDS技术规范有2个标准:
TIA/EIA的ANSI/TIA/EIA一644标准和IEEE1596.3标准。标
准推荐的最高数据传输速率是655Mbit/s,理论上,在一个无衰
耗的传输线上,LVDS的最高传输速率可达1.923
Gbit/spl.
驱动器只有一个恒流源,差分驱动器采用奇模(odd.mode)
的传输方式,即等量的方向相反的电流分别在传输线路上传
送。电流会重新回流到双绞线内,且电流环路面积较小,产生
的电磁干扰很少。恒流源对供电的限制,避免了突变电流的产
生,使数据传输速度高达1.5Gbit/s,功耗也不会大幅增加。
1.2
LⅥ)s的性能
LVDS技术能解决目前物理层接口的瓶颈,是由于其在速
收稿日期:2008—01—10收修改稿日期:2008—12-21
万方数据 
度、噪声/EMI、功耗、成本等方面有优秀特性。表l为LVDS与


2009矩
第3期
仪表技术与传感器
Instrument
Technique
andSensor
2009
No.3
基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计
孙春凤,袁峰,丁振良,何雷
(哈尔滨工业大学自动化测试与控制系,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:针对图像传感器采集数据量大、传输通道多、传输速度快等特点,将LVDS技术应用于图像采集系统,提出了一
种基于LVDS技术的多通道高速图像采集系统。详细介绍了LVDS技术的基本工作原理、技术特点,并结合实际设计要
求,重点阐述了多通道高速图像采集系统的总体结构和各部分的硬件构成及系统控制部分的软件设计流程。同时,对于
不同的图像尺寸和SPI接口情况进行了FPGA内部模块的系统仿真,证明整个系统能够实现对数据量高达5.9
Gbit/s的
1280×1024图像阵列的实时采集和数据传输功能。
关键词:图像传感器;LVDS;图像采集
中图分类号:TP274文献标识码:A文章编号:1002—1841(2009)03—46—03
on
Design
of
High-speedImageAcquisitionSystem
Based
SUN
LVDS
Technology
Chun・feng,YUAN
Feng,D1NGZhen-liang,HE
Lei
(Harbin
Instituteof
Technology,Department
of
Automation
Measurement
and
Control,Harbin
150001,China)
presented

Abstract:This
paper
mass
hish—speed
imageacquisitionsystem
based
on
LVDS
technology,with
the
characteristics
of
data,multiple
channels,hi【gh・speed
of
data
acquisition.It
expatiated
the
operation
principle
and
technology
characteristics
of
differential
signaling(LVDS),and
emphasized
the
wholeframe,hardware
tO
structure
low
vdtage
part.It
pixel
and
software
design
of
control
simulatedFPGAinternalmodules
according
and
transmit5.9
image
size
and
SPI
pert.and
proved
the
system
Can
acquire

280×l
024
array
Gbits/s
image
data.
Key
words:image
sensor;LVDS;image
acquisition
1.1
O引言
目前,在高速图像采集领域中,成像系统多采用CCD或
CMOS图像传感器作为图像采集器件,随着CCD/CMOS图像传
感器像素阵列的增加和采集速率的增大,单位时间内图像传感
器采集的数据量成倍增加,因此要求数据传输速度越来越高。
通常单通道数据传输方式已无法满足高速图像采集系统的数
据传输的要求,必须采用多通道并行的传输方式。采用新的技
术解决I/O接口问题成为必然趋势,LVDS高速低功耗接口标
准为解决该问题提供了可能¨】。多通道并行的高速图像采集
系统设计过程中,将LVDS技术应用于并行数据传输部分,使系
统能实时实现快速运动目标高速图像采集和传输的功能。

LⅥ)s工作原理
简单的LVDS传输系统由一个驱动器和一个接收器通过一
段差分阻抗为100n的导体连接而成,如图1所示。驱动器由
一个恒流源(通常为3.5mA)驱动一对差分信号线组成,由于
接收器的直流输入阻抗很高,所以几乎全部的驱动电流直接流
经100
Q的终端电阻,从而在接收器输入端产生约350
mV的
电压。当驱动状态反转时,流经电阻的电流方向改变,于是在
接收端产生一个有效的…0’或…1逻辑状态。

LVDS技术
LVDS(Low
Voltage
Differential
signaling)接口又称RS一644
总线接I=I【2],是一种低摆幅的差分信号技术,核心是采用极低
的电压摆幅(约350mY)高速差动传输数据,实现点对点或一
点对多点的连接,具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特
图1
LVDS的基本工作原理
点,其传输介质可以是铜质的PCB连线,也可以是平衡电缆。
LVDS在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中
得到广泛的应用。目前,流行的LVDS技术规范有2个标准:
TIA/EIA的ANSI/TIA/EIA一644标准和IEEE1596.3标准。标
准推荐的最高数据传输速率是655Mbit/s,理论上,在一个无衰
耗的传输线上,LVDS的最高传输速率可达1.923
Gbit/spl.
驱动器只有一个恒流源,差分驱动器采用奇模(odd.mode)
的传输方式,即等量的方向相反的电流分别在传输线路上传
送。电流会重新回流到双绞线内,且电流环路面积较小,产生
的电磁干扰很少。恒流源对供电的限制,避免了突变电流的产
生,使数据传输速度高达1.5Gbit/s,功耗也不会大幅增加。
1.2
LⅥ)s的性能
LVDS技术能解决目前物理层接口的瓶颈,是由于其在速
收稿日期:2008—01—10收修改稿日期:2008—12-21
万方数据 
度、噪声/EMI、功耗、成本等方面有优秀特性。表l为LVDS与

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基于LVDS技术的高速图像采集系统的设计

发布时间:2022-03-29 22:17:38
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