L-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide

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L-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide
Document TitleL-867Bd.A0 phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide
Document TypeHardware/Software Guide
Article NumberL-867Bd.A0
Release Date01.03.2021
Is Branch ofL-867Bd.Ax phyCAM Basis-Spezifikation und Design-In Guide Head

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Einleitung

Die digitalen Kameramodule der phyCAM – Serien ermöglichen eine einfache und effiziente Ausstattung von Microcontrollerdesigns mit Bildverarbeitungstechnologie.

Kameramodule mit phyCAM - Interface können direkt mit dem digitalen Kamerainterface der PHYTEC- Microcontrollermodule ver­bun­den werden. Dies ermöglicht die einfache Integration von Kamera­technologie in kompakte, kundenspezifisch gestaltete Produkte. Viele BSPs (Board-Support-Packages) der PHYTEC-Microcontrollermodule beinhalten bereits die entsprechenden Softwaretreiber für die phyCAM – Module.

Durch die offene Schnittstellendefinition können phyCAM-Module auch zusammen mit anderen Microcontrollern bzw. Hardware-Designs eingesetzt werden, die eine entsprechende Kameraschnittstelle besitzen.

Die Schnittstellen der phyCAM – Produkte sind innerhalb der jeweiligen Produktserien identisch. Dies ermöglicht es, verschiedene Kameramodule mit der gleichen Applikationsschaltung zu verbinden. Damit ist eine Skalierbarkeit während der Designphase und in zukünftigen Designvarianten möglich.

Um eine optimale Anpassung an die jeweiligen Anforderung der konkreten Applikation zu ermöglichen, gibt es vier grundsätzliche Schnittstellen-Systeme: phyCAM-P, phyCAM-S, phyCAM-M und phyCAM-L. Diese werden im Folgenden ausführlich vorgestellt.

Das phyCAM – Interface wird von verschiedenen, leistungsfähigen 32 Bit-Controllern unterstützt, beispielsweise den NXP i.MX – Controllern. Zusammen mit den verschiedenen Varianten der Kameramodule entsteht ein Baukasten-System, aus dem der Produktentwickler die optimale Kombination auswählen kann.

Jede Kamera ist wahlweise als reine Platinenversion oder mit Objektivhaltern für C/CS-Mount oder M12-Objektive erhältlich. So kann die Anpassung an die optischen Anforderungen der Applikation ebenfalls auf einfache Weise erfolgen.

phyCAM-Schnittstellenkonzepte

Das phyCAM – Konzept umfasst drei grundlegende Schnittstellenmodelle:

  • phyCAM-P– parallele Datenverbindung
  • phyCAM-S– serielle LVDS-Datenverbindung
  • phyCAM-M– MIPI CSI-2 Datenverbindung
  • phyCAM-L– FPD-Link III Datenverbindung

Die Eigenschaften der Datenverbindung haben Einfluss auf bestimmte Merkmale des Gerätedesigns.

Entsprechend den Anforderungen der Systemarchitektur sollte daher zunächst die passende Variante - phyCAM-P, phyCAM-S, phyCAM-M oder phyCAM-L ausgewählt werden.



phyCAM-P (links), phyCAM-S (mitte) und phyCAM-M (rechts) Schnittstellen                    



phyCAM-P (links), phyCAM-S, phyCAM-M, phyCAM-L (rechts) Schnittstellen

Unabhängig von der elektrischen Ausführung der Schnittstelle transportieren die phyCAM-Schnittstellen jeweils die folgenden Signale zwischen Kamera und Applikationsboard:

  • Stromversorgung der Kamera
  • Taktversorgung zur Kamera
  • Bilddaten von der Kamera
  • Steuerdatenbus (I²C) für die Kamerakonfiguration
  • eventuell Zusatzfunktionen

Im Folgenden sind die wichtigsten Merkmale der Schnittstellen-Varianten aufgeführt:

phyCAM-P

Die parallele Variante der phyCAM-Schnittstelle bietet einen äußerst einfachen und kostengünstigen Weg zur Integration der Kamera in ein System.

Die Daten- und Steuersignale werden parallel über ein 33 poliges FFC-Kabel übertragen. Dies reduziert den Interface-Aufwand auf ein Minimum und ermöglicht dennoch eine Kompatibilität der Kameratypen. Reservierte Pins erlauben den Zugriff auf spezielle Funktionen wie z.B. Triggereingang oder Lichtsteuerung.

Bilddaten können mit bis zu 12 Bit Graustufenauflösung bzw. Farbtiefe übertragen werden (Farbtiefe pro Kanal).

phyCAM-P eignet sich besonders für die geräteinterne Installation von Kameras. Die Leitungslänge kann bis zu 30 cm betragen.

Das phyCAM-P – Interface ist unter anderem auf den PHYTEC SBCs (Single-Board-Computer) phyBOARD i.MX 6UL Segin und phyBOARD i.MX 6 Nunki ausgebaut.

phyCAM-S

Beim phyCAM-S Interface erfolgt die Datenübertragung über ein serielles LVDS-Interface. Inklusive Spannungsversorgung und Steuersignalen benötigt phyCAM-S nur 8 Adern.

Dies bringt drei wesentliche Vorteile mit sich:

  • Der Gerätedesigner erhält mehr Freiheitsgrade; das Kabel ist einfacher zu verlegen. Innerhalb eines Gerätes kann die Kabelverbindung über verhältnismäßig dünne und flexible Leitungen erfolgen, bei denen die LVDS-Paare verdrillt sind (Twisted Pair). Die Kameramodule besitzen kompakte Hirose-Steckverbinder, die sich optimal in ein geräteinternes Verkabelungskonzept integrieren lassen. Aufgrund der differentiellen Datenübertragung sind günstige EMV-Eigenschaften, besonders bei längeren Leitungen, gegeben.
  • Die Leitungslänge kann bis zu 5 Metern betragen. Dies ermöglicht bei Bedarf eine Trennung von Kamerakopf und Hauptgerät. (Die maximal mögliche Leitungslänge ist von verschiedenen Parametern wie Kabeltyp und Taktfrequenz abhängig).
  • Bei phyCAM-S sind die Pegel der Daten­verbindung normiert. Dies vereinfacht Designs, die eine Austauschbarkeit von verschiedenen Kameratypen erlauben.

An den PHYTEC SBCs phyBOARD i.MX 6 Mira und phyBOARD i.MX 6 Nunki können phyCAM-S – Kameramodule betrieben werden.

Eigenschaften von LVDS

LVDS (Low Voltage Differential Signaling) ist ein Schnittstellen-Standard für schnelle Datenübertragung. LVDS ist standardisiert nach ANSI/TIA/EIA-644-1995. Es beschreibt die physikalische Schicht, nicht die darauf aufsetzenden Protokolle.

Wichtige Merkmale sind:

  • differenzielle Spannungspegel
  • relativ geringe Spannungspegel (low voltage)
  • die Signale werden mit einer Konstantstromquelle erzeugt
  • Daten werden häufig seriell übertragen

LVDS arbeitet mit einem Spannungshub von ±0,35 V. Dabei ist die Differenz der Pegel zweier Adern (des Leitungspaars untereinander) für den Logikzustand ausschlaggebend; nicht der absolute Pegel gegen Masse. Ein Logikwechsel wird demnach also durch Umpolen der Leitungen erzeugt. Der absolute Pegel beträgt 1,2 V, während der Pegelunterschied zwischen den beiden Adern lediglich 0,3 V beträgt. Dies führt u.a. zu günstigen EMV-Eigenschaften.

Allerdings ist aufgrund der niedrigen Pegelunterschiede und hohen Frequenzen ein sorgfältiges Design erforderlich. Die differentiellen Adernpaare sind üblicherweise verdrillt. Auf kurzen Strecken sind jedoch auch parallel geführte Adern möglich (Flachbandkabel).

Da die wenigsten Kamera-Interfaces einen entsprechenden LVDS-Eingang aufweisen, ist prozessorseitig ein Deserializer erforderlich, der den Datenstrom in einen parallelen Bus mit unsymmetrischem Pegel umwandelt. Umgekehrt wird das Clocksignal zur Kamera mittels eines entsprechenden Treiberbausteins in das LVDS – Format gewandelt.

phyCAM-M

Das phyCAM-M-Interface basiert auf dem CSI-2 MIPI Standard und definiert darüber hinaus einen Steckerverbinder für professionelle Anwendungen. phyCAM-M bietet eine hohe Kompatibilität verschiedener Kameramodule um eine einfache Austauschbarkeit in allen Phasen eines Projekts zu ermöglichen. Die geräteinterne Leitungsführung kann bis zu 15 cm betragen und flexibel geplant werden.

Neben in dem CSI-2 Standard vorgesehenen Daten- und Clockleitungspaaren steht ein I²C-Bus als Konfigurationsschnittstelle zur Verfügung. Die phyCAM‑M Kameramodule verfügen darüber hinaus über bis zu vier Steuerleitungen (3,3 V I/O) um die jeweiligen Sonderfunktionen der verschiedenen Kamerasensoren nutzen zu können.

Auf phyCAM-M Kameramodulen ist immer ein 2 kB EEPROM bestückt um individuelle Konfigurationen oder Merkmale eines Kameramoduls oder des Objektivs zu speichern.

An dem PHYTEC SBC phyBOARD i.MX 6 Nunki können Kameramodule mit phyCAM-M Schnittstelle betrieben werden.

phyCAM-L

Bei phyCAM-L wird die Datenverbindung mittels des FPD-Link III erzeugt. Als Kabel wird eine relativ dünne und flexible Coax Verbindung gewählt. Über diese werden Bilddaten, Steuersignale und die Spannungsversorgung (PoC) zur Verfügung gestellt.

phyCAM-L ist wie auch phyCAM-S für längere Leitungswege konzipiert. Statt den üblichen 15 cm bei phyCAM-M sind hierbei bis zu 15 Meter möglich. 

phyCAM-L Kameramodule besitzen einen Expansion Connector, welcher es ermöglicht am abgesetzten Kamerakopf weitere Features wie Belichtung, Autofocus usw. zu realisieren. Die Versorung kann hierbei ebenfalls über PoC zur Verfügung gestellt werden.

Überblick über die Merkmale

Die wichtigsten Auswahlkriterien für die Wahl des geeigneten Schnittstellenkonzepts gegenüber[1]:

Eigenschaft

phyCAM-P

phyCAM-S

phyCAM-M

phyCAM-L

kostenoptimiertes Design

+


+


Max. Leitungslänge

30 cm

5 m

15 cm

15 m

Kameratyp austauschbar

+

++

+

++

Datenwortbreite pro Takt

10 bis 12

8

6 bis 24

6 bis 24

flexible Kabelverbindung


+


++

Sonderfunktionen

+


++

++

abgesetzter Kamerakopf


+


++

hoher Datendurchsatz

+


++

+

Einsatz mit phyBOARD i.MX6UL Segin

1x

-

-

-

Einsatz mit phyBOARS i.MX6 Mira

-

1x

-

-

Einsatz mit phyBOARD i.MX6 Nunki

2x

2x

1x

1x (mit VZ-018)
Einsatz mit phyBOARD i.MX8M Polaris--2x2x (mit VZ-018)

Auswahlkriterien phyCAM-P / phyCAM-S / phyCAM-M / phyCAM-L

1.

If the module has an optional parallel camera interface.

Grundsätzlich kann mit phyCAM-P Kameramodulen ein sehr einfaches Schaltungsdesign realisiert werden, welches mit wenigen Bauelementen auf Prozessorseite auskommt. Es kann eine Anpassung an genau ein bestimmtes Board erfolgen. Dadurch ist der Schaltungsaufwand sehr kostenoptimiert.

Je nach eingesetzter Kamera und Prozessor sind im einfachsten Fall nur Leitungsverbindungen zwischen Steckverbinder und Kamerainterface des Controllermoduls zu ziehen. Gegebenenfalls sind Levelshifter erforderlich, falls Kamera und Controllerschnittstelle unterschiedliche Pegel besitzen. Soll schließlich der Anschluss verschiedener Kameramodule möglich sein, ist eine variable Pegelanpassung vorzusehen.

Das Schaltungsdesign des Basisboards kann bei phyCAM-P also individuell auf die Anforderungen der Applikation angepasst und variiert werden. Entsprechende Schaltungsvorschläge finden Sie in Design-In Guide.

Frei konfigurierbare Steuerleitungen ermöglichen beim phyCAM-P – Interface die Beschaltung bestimmter, individueller Zusatzfunktionen der Kamera. Dies können beispielsweise Trigger- und Strobesignale sein oder die dynamische Auswahl der Kamera-Adresse auf dem I²C – Bus. Manche Kameramodule lassen über Jumper unterschiedliche Funktionen dieser Steuerleitungen zu. PHYTEC bietet bei Serienstückzahlen die Lieferung der Kameramodule mit kundenspezifischer Konfiguration an.

phyCAM-P erlaubt also die Verwendung von zusätzlichen interessanten Features des jeweiligen Kameramoduls. Da die verschiedenen Kameras unterschiedliche Features bieten, ist es wichtig, beim Schaltungsdesign auf Kompatibilität zu achten, falls die Verwendung mehrere Kameramodule vorgesehen ist.

Ergänzend bietet phyCAM-M eine größere Datenwortbreite, sowie die Vorteile der differentiellen Datenübertragung mit bis zu 6 Gb/s. Außerdem stehen bis zu vier Steuerleitungen für Zusatzfunktionen der Kamera zur Verfügung. Gleichzeitig ist dank der durchdachten Schnittstellenbelegung die Austauschbarkeit verschiedener Kameramodule wesentlich einfacher als bei phyCAM-P.

Da bei phyCAM-M aufgrund der Spezifikation von MIPI CSI-2 nur eine limitierte Kabellänge realisierbar ist, wird mit phyCAM-L eine Übertragung von bis 15 Meter ermöglicht.

phyCAM-S bietet ein elektrisch vollständig standardisierte Schnittstelle. Neben der Pinbelegung sind die Pegel der Leitungen fest definiert. Wird ein anderes Kameramodul angesteckt sind lediglich die entsprechenden Softwaretreiber zu laden.

Eventuelle Zusatzfunktionen der Kamera werden nicht über das Schnittstellenkabel übertragen. Sie sind gegebenenfalls direkt am Kameramodul über einen weiteren Steckverbinder verfügbar.

Da für die LVDS-Übertragung und die Pegelanpassung der Signale und die Spannungsversorgung sowohl auf der Kamera als auch auf dem Applikationsboard zusätzliche Komponenten benötigt werden, ist ein phyCAM-S – Design insgesamt etwas aufwändiger, bietet aber darüber hinaus die oben beschrieben Vorteile bezüglich Leitungslänge und – Flexibilität sowie EMV-Eigenschaften.

Tipp

PHYTEC berät sie gerne bei Auswahl und Design der passenden phyCAM – Schnittstelle.

Mechanik und optischer Anschluss

Da die mechanische und optische Integration der Kamera in ein Gerät von verschiedenen Faktoren abhängig ist, bietet das phyCAM-Konzept ein modulares System, welches verschiedene Szenarien abdecken kann:

  • Alle Kameramodule der phyCAM-Serie besitzen identische Befestigungsmöglichkeiten.Das Sensorboard besitzt sechs Befestigungspunkte - vier an den Außenkanten der Kamera und zwei in der Mitte neben dem Sensor. Letztere können optisch abgedeckt geliefert werden.
  • Die mechanischen Abmessungen sind kompatibel, so dass sich die Kameramodule untereinander austauschen lassen. Maßzeichnungen der Kameraplatinen finden Sie im Spezifikation phyCAM-M Interface.
  • Der optische Anschluss ist ein weiteres wichtiges Kriterium. Das phyCAM-System deckt unterschiedliche Anforderungen an Größe der Kamera einerseits und Qualität und Ausführung des Objektivs andererseits ab.

Jede Kameraplatine ist in folgenden Bauformen erhältlich:

  • M12 - Objektivhalterung

    In dieser Variante wird das Kameramodul mit einem Halter für M12-Objektive (auch als D-Mount bezeichnet) geliefert. Diese Ausführung ist auch in den Embedded-Video-Kits enthalten.
    M12-Objektive sind ein guter Kompromiss zwischen Baugröße und Objektiveigenschaften. Sie sind in vielen Brennweiten- und Blendenvarianten erhältlich.
    Zur Befestigung des Kamera-Moduls können die vier Bohrungen am Platinenrand genutzt werden.

  • C/CS-Mount - Halterung

    Diese Objektivhalterung ist eine Lösung für Applikationen, die hohe und höchste Ansprüche an die Qualität der Bildwiedergabe stellen.
    Die Halterung besteht aus Kunststoff mit einem Metall-Gewindeeinsatz, der auch die Verstellung des Auflagemaßes ermöglicht. Über einen optionalen Zwischenring erfolgt eine Anpassung des Auflagemaßes zwischen C- und CS-Mount – Objektiven. Das Kameramodul ist mit vier Schrauben an der Halterung befestigt.
    C/CS-Mount Objektive bieten nicht nur hervorragende Bildqualität, sondern auch Optionen wie einstellbare Blende, Zoom-Funktion oder sind in telezentrischer Ausführung erhältlich.

  • Platinenversion

    Diese Option gibt dem Entwickler völlige Freiheit im Gerätedesign. Die Kameraplatine ist zusammen mit Sonderobjektivhaltern einsetzbar oder kann direkt in Gehäusehalterungen integriert werden. Sie eignet sich in dieser Form auch für spezielle Anwendungen, z.B. in der Lasertechnik.
    Alle sechs Befestigungspunkte können für das Mechanikkonzept genutzt werden. Optional kann die Platine mit lichtdicht abgedeckten Innenlöchern geliefert werden.

Gehäusevarianten: M12, C/CS-Mount, Platine (Beispielobjektive)

Typischer Design-Ablauf

PHYTEC Embedded Imaging bietet mit phyCAM und den PHYTEC Microcontrollermodulen ein Baukastensystem zum Design von kundenspezifischen Geräten.

Die standardisierten phyCAM-Schnittstellen ermöglicht die Kombination derjenigen Komponenten, die optimal zu den gegebenen Systemanforderungen passen.

Die Entwicklung eines individuellen Gerätes mit Kamerafunktionalität läuft dadurch in nur sechs einfachen und leicht zu managenden Schritten ab:

Typischer Design-Flow

Typischer Design-Flow

  1. Auswahl der passenden Controller-Plattform
    PHYTEC bietet eine breite Auswahl an Controllermodulen, die viele unterschiedliche Features besitzen.

  2. Auswahl des Kameramoduls

    Die PHYTEC Produktpalette umfasst Monochrom- und Color-Sensoren unterschiedlicher Auflösungen und Farbformate.
    Jedes Kameramodul ist in drei mechanischen Varianten erhältlich. Entsprechend den mechanischen und optischen Gegebenheiten kann zwischen dem reinen Kameramodul und Modulen mit fertig montiertem M12- oder C/CS-Mount-Objektivhalter gewählt werden.
    Auch für die Integration analoger Videosignale und Wärmebildanwendungen sind fertige Lösungen vorhanden.

  3. Projektstart mit einem PHYTEC Single Board Computer

    Im Lieferumfang des SBC-Kits sind Controllermodul, Kamera und das SBC, sowie alle benötigten Kabel enthalten, um ein lauffähiges System aufzubauen.
    Das mitgelieferte Board-Support-Package (BSP) und die Cross-Compiler Buildumgebung beinhaltet unter anderem die Softwaretreiber für die verschieden Kameramodule und Bildverabreitungsbiblioteken, wie OpenCV, so dass auch softwareseitig alle notwendigen Voraussetzungen erfüllt sind, um an dem Projekt zu arbeiten. So kann bereits Software entwickelt werden, bevor die eigentliche Applikationshardware vorliegt.

  4. Anpassung der Hardware

    Ausgehend von der im Kit enthaltenen Basisplatine wird die individuelle Applikationsplatine entworfen. Da die komplexen Schaltungsteile auf dem Modul lokalisiert sind, ist das Design dieser Trägerplatine einfach.
    Auf Wunsch unterstützt PHYTEC Sie bei diesem Schritt oder führt die Entwicklung für Sie durch.

  5. Entwicklung der Applikationssoftware

    Dieser Schritt kann parallel zum Hardware-Design erfolgen, da dazu die Hardware des SBC-Kits verwendet werden kann. So wird wertvolle Entwicklungszeit gespart und zusätzliche Designsicherheit gewonnen.
    PHYTEC bietet dazu unter anderem komplexe Bildverarbeitungsbibliotheken an, die auf das Modul-BSPs angepasst sind.
    So können beispielsweise mit der HALCON Embedded – Software, der OpenCV – Bibliothek oder anderen Software-Libraries leistungsstarke Algorithmen in die Anwendung integriert werden.

  6. Im Ergebnis entsteht das fertige Gerät

    Durch die Vorleistungen, fertige Komponenten im Baukastensystem, Kits zur Entwicklungsunterstützung und Parallelisierung der Entwicklungsschritte ist die Entwicklung in kurzer Zeit möglich. Die Designsicherheit ist aufgrund der geringeren Komplexität deutlich höher als bei einer individuellen Geräte-Entwicklung.
    Bei entsprechender Gestaltung des Hard- und Softwaredesigns ist eine Austauschbarkeit der Komponenten zur Skalierung von Kamera- oder Rechnerleistung möglich.

Spezifikation

Spezifikation phyCAM-P Interface

Merkmale der Schnittstelle:

  • Daten der Kamera werden parallel zum Interface des Controllers übertragen
  • Die Parametrierung der Kamera erfolgt über eine I²C-Schnittstelle
  • Steckverbinder: 33 pol. FFC-Verbinder 0,5mm Pitch, 0,3 mm Kabelstärke
  • Betriebs- und Signalspannungen sind abhängig vom Kamerasensor. Zur Erkennung der erforderlichen Spannung steht ein Steuerpin (resistiv) zur Verfügung. Die Anpassung erfolgt auf der dem Applikationsboard.
  • empfohlene Leitungslänge < 30 cm (Die maximale Länge ist abhängig von der verwendeten Datenrate)

Schnittstellensignale:

  • Stromversorgung der Kamera (2,8 V / 3,3 V)
  • Masterclock zur Kamera
  • Bilddaten und Synchronsignale
  • I²C–Bus zur Parametrierung der Kamera und ggf. Sonderfunktionen (abhängig vom Kameramodul)
  • Steuerleitungen, optional (Reset, Output-Enable)
  • Sondersignale, optional (Trigger, Strobe, I/O-Signale, …)

Steckverbinder

33pol. FFC/FPC, 0,5mm Rastermaß, 0,3mm dick, Kontaktposition unten

FFC-Stecker phyCAM-P (links: top view, rechts: Lötseite – Beispielabb.)

Passende Steckverbinder für Applikationsplatine:

  • Hirose FH12-33S-0.5SH(55) (liegend, Flip-Lock, PHYTEC-Bestellnr.: VE350)
  • Hirose FH12-33S-0.5SVA(54) (stehend, Flip-Lock, PHYTEC-Bestellnr.: VE162)
  • Samtec ZF5S-33-03-T-WT-TR (stehend, Shift-Lock, PHYTEC-Bestellnr.: VE531)

Passende Anschlusskabel:

Length

Cable type

Contacts position

PHYTEC oder no.

120 mm

FFC

equilateral

WF062

200 mm

FFC

equilateral

WF043

300 mm

FFC

equilateral

WF046

Pinbelegung des phyCAM-P - Steckverbinders

Steckerbelegung auf Kameraseite:

phyCAM-P  -  Electrical Interface Camera Module

Pin

Signal

Signal Type[2]

Signal Level

Funktion

1


VCAM


PWR_IN


2.8 V / 3.3 V

Power Supply Input
Voltage depends on VCC_SELECT

2

3

CAM_nRST

I

VCAM

Reset in (active low)

4

GND

-

0 V

Ground

5

CAM_SDA

OD-BI

VCAM

I²C-Interface, SDA-Line

6

CAM_SCL

OD-BI

VCAM

I²C-Interface, SCL-Line

7

CAM_CTRL1

I/O

VCAM

Camera Dependent Feature (Address Select, Strobe, I/O, …)

8

GND

-

0 V

Ground

9

CAM_FV

O

VCAM

VSYNC

10

CAM_LV

O

VCAM

HSYNC

11

GND

-

0 V

Ground

12

CAM_DD9

O

VCAM

D9 (MSB)

13

CAM_DD8

O

VCAM

D8

14

GND

-

0 V

Ground

15

CAM_DD7

O

VCAM

D7

16

CAM_DD6

O

VCAM

D6

17

GND

-

0 V

Ground

18

CAM_DD5

O

VCAM

D5

19

CAM_DD4

O

VCAM

D4

20

GND

-

0 V

Ground

21

CAM_DD3

O

VCAM

D3

22

CAM_DD2

O

VCAM

D2

23

GND

-

0 V

Ground

24

CAM_DD1

O

VCAM

D1

25

CAM_DD0

O

VCAM

D0 (LSB)

26

GND

-

0 V

Ground

27

CAM_PCLK

O

VCAM

Pixel Clock

28

GND

-

0 V

Ground

29

CAM_MCLK

I

VCAM

Master Clock

30

CAM_CTRL2

I/O

VCAM

Camera Dependent Feature2 (Trigger, I/O, …)

31

VCC_SELECT

Analog

-

Defines voltage on VCAMPins (VCC_SELECT - Widerstand)

32

CAM_OE

I

VCAM

Data Lines Output Enable  (optional)

33

VCAM

PWR_IN

2.8 V / 3.3 V

Power Supply Input

Pinbelegung der phyCAM-P – Schnittstelle

2.

Signal direction from the camera's point of view

Hinweise

  • Die Vorsorgungsspannung muss von der Basisplatine bereitgestellt werden. Während eines Power-Cycles sollte die Versorgungsspannung vollständig entladen werden um die korrekte Funktion des Kameramoduls zu gewährleisten.
  • Die Versorgungsspannung VCAM kann bei verschiedenen Kameramodulen unterschiedlich sein (siehe Einzelbeschreibung der Kameramodule). Auf einem Basisboard, das beliebige phyCAM-Module unterstützt, muss daher eine variable Spannungsversorgung vorhanden sein. Über den Widerstandswert an Pin 31 kann die erforderliche Spannung vom Basisboard erkannt und die Spannungsquelle automatisch eingestellt werden (siehe Referenz-Designs in Design-In phyCAM-P).
  • CAM_nRST: Das Reset-Signal muss während eines Power-Cycles auf LOW gehalten werden.
  • Die Signalspannung an den Datenleitungen entspricht der Versorgungsspannung des phyCAM-Moduls. Auf einem Basisboard, das mehrere phyCAM-Module unterstützt, muss ein Levelshifter vorgesehen werden, um die entsprechende Spannungsumsetzung vorzunehmen (siehe Referenz-Designs in Design-In phyCAM-P
  • Die Signalspannung der I²C-Schnittstelle entspricht der Versorgungsspannung des phyCAM-Moduls. Die Pull-Up-Widerstände müssen auf dem Applikationsboard vorgesehen werden.
  • Die Anschlüsse CAM_CTRL1 / CAM_CTRL2 können – abhängig von dem konkreten phyCAM-Modul – unterschiedliche Funktionen haben. In der Standard-Konfiguration sind sie auf dem Applikationsboard mit einem Jumper vorzugweise gegen GND zu verbinden.
    CAM_CTRL1 dient bei Standardbestückung des phyCAM-Moduls als Address-Select – Leitung der I²C-Schnittstelle, soweit dies vom Kamerasensor unterstützt wird. CAM_CTRL2 wird bei Standardbestückung als zusätzlicher GND verwendet.
  • Die Signalrichtungen der Leitungen FV, LV und PCLK ist „out“, d.h. die Kamera steuert das Kamerainterface des Controllers (sog. „Master-Mode“). Falls die Kamera auch Slave-Mode unterstützt, können diese Signale auch als Eingänge fungieren. Dies ist jedoch optional und muss beim Design der Basisplatinen nicht berücksichtigt werden.
  • Das Signal CAM_OE schaltet die Daten- und optional die Synchronsignale in den Tristate-Zustand, sofern der Kamerasensor dies unterstützt (siehe Beschreibung des konkreten Kameramoduls). Diese Funktion ist optional. Die CAM_OE – Leitung muss auf der Basisplatine nicht notwendigerweise beschaltet werden (offen = Ausgänge sind aktiviert).

Wichtig

Die angegebene Pinnumerierung bezieht sich auf den Steckverbinder der Kamera. Beachten Sie beim Design eigener Applikationsplatinen, dass sich je nach verwendetem FFC-Kabel die Pinbelegung auf dem Applikationsboard spiegeln kann.

VCC_SELECT - Widerstand

Pin 31 des Kamera-Steckverbinders ist mit einem Widerstand gegen GND (Betriebsmasse) verbunden.

Der Widerstandswert, der an diesem Pin gegen GND gemessen werden kann, definiert den Spannungspegel für die Betriebsspannung und die Datenleitungen des Kameramoduls.Auf diese Weise kann sich das Applikationsboard an den notwendigen Pegel anpassen.

Die folgende Tabelle zeigt den Widerstandswert für die entsprechenden Betriebs- und Signalspannungen:

VCC_SELECT

VCAM
Tolerance: ±2%

Resistance at pin 31 to GND

3.3 V

0 W

2.8 V

220 W

Werte für VCC_SELECT – Widerstand

Hinweis

Die Widerstandswerte sind so gestuft, dass der Widerstand als Fußpunkt-Widerstand im Feedback-Zweig eines einstellbaren Spannungsreglers verwendet werden kann (siehe Beispieldesign phyCAM-P für höchste Kompatibilität).

elektrische Spezifikation phyCAM-P Interface

Die nachfolgende Tabelle gibt die allgemeine Spezifikation der phyCAM-P – Schnittstelle auf der Empfängerseite (Basisplatine) an. Explizite Angaben zu den einzelnen Kameramodulen finden Sie in den jeweiligen Hardware-Manuals.

 

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

DC Electrical Characteristics

Supply Voltage (VCC_SELECT = 0 Ω)

VCAM

-

3.3

-

V

Supply Voltage (VCC_SELECT = 220 Ω)

VCAM

-

2.8

-

V

Supply Current

ICAM

-

150

500

mA

Input HIGH Voltage

VIH

-

VCAM

-

V

Input LOW Voltage

VIL

-

0

-

V

Output HIGH Voltage

VOH

-

VCAM

-

V

Output LOW Voltage

VOL

-

0

-

V

Output LOW Current (I²C Bus)

IOL

-

3

-

mA

Timing Characteristics

VCAM to nRESET

tVRST

500

-

-

µs

I2C_SCL Frequency

fSCL

-

100

400

kHz

allgemeine elektrische Spezifikation phyCAM-P Interface

Wichtig

Beim Einschalten von phyCAM-P – Modulen muss die Versorgungsspannung monoton ansteigen (keine Dropouts). Andernfalls ist es möglich, dass die internen Reset-Schaltungen des Kameramoduls nicht korrekt arbeiten und zu Fehlfunktionen des Kameramoduls führen.

Spezifikation phyCAM-S/S+ Interface

Merkmale der Schnittstelle:

  • Daten- und Taktsignale der Kamera werden über eine serielle LVDS-Verbindung zum Interface des Controllers übertragen
  • Die Parametrierung der Kamera erfolgt über eine I²C-Schnittstelle
  • Steckverbinder: 8 pol. 1,25 mm Miniaturstecker für Crimp-Verbindung
  • Betriebs- und Signalspannungspegel der I²C-Schnittstelle: 3,3 V
  • empfohlene maximale Leitungslänge: bis 5 m (Die maximale Länge ist abhängig von der Kabelausführung und der maximalen Taktfrequenz)

Schnittstellensignale:

  • Stromversorgung (3,3 V)
  • Masterclock zum Kameramodul (LVDS)
  • Bilddaten und Synchronsignale (LVDS)
  • I²C–Bus zur Parametrierung der Kamera und ggf. Sonderfunktionen (abhängig vom Kameramodul)

Steckverbinder

8 poliger Miniaturstecker Hirose, Rastermaß 1,25mm für Crimp-Kabelverbindung.

Steckverbinder phyCAM-S/S+

Passende Steckverbinder für Applikationsplatine:

  • Hirose DF13A-8P-1.25H (liegend, PHYTEC-Bestellnr.: VM205)
  • Hirose DF13C-8P-1.25V (stehend, PHYTEC-Bestellnr.: VM273)

Passende Anschlusskabel:

Length

Cable type

PHYTEC order no.

200 mm

Wires

WK262-0.2

200 mm

CAT5

WK353-0.2

500 mm

CAT5

WK353-0.5

500 mm

USB3.0

WK431-0.5

Passendes Steckergehäuse für Kabelmontage:

  • Hirose DF13-8S-1.25C (Kontaktgehäuse)
  • Hirose DF13-2630SCFA (Kontakte für AWG 30 ... 26)

Steckergehäuse phyCAM-S/S+

Bei den Kabeln sind die entsprechenden differentiellen Leitungspaare zumindest zu verdrillen. Die Impedanz der Kabel sollte 100 W betragen.

Für die geräteexterne Verkabelung und in den PHYTEC Entwicklungskits werden CAT-5 bzw. CAT-7 Kabel oder Kabeltypen mit USB 3.0-Qualität verwendet. Diese sind kameraseitig mit Hirose-Steckern ausgestattet und können auf der Seite der Basis- bzw. Applikationsplatine auch mit RJ-45 (8P8C) – Steckern versehen werden.

Pinbelegung des phyCAM-S/S+ - Stechverbinders

Steckerbelegung auf Kameraseite:

phyCAM-S/S+  -  Electrical Interface Camera Module

Pin

Signal

Signal Type[2]

Signal Level

Function

1

LVDS_DATA_P

O

-

LVDS Data Lane, positive

2

LVDS_DATA_N

O

-

LVDS Data Lane, negative

3

LVDS_MCLK_N

I

-

LVDS Masterclock Lane, negative

4

I2C_SDA

OD-BI

3.3 V

I²C-Interface, SDA-Line

5

I2C_SCL

OD-BI

3.3 V

I²C-Interface, SCL-Line

6

LVDS_MCLK_P

I

-

LVDS Masterclock Lane, positive

7

VCAM

PWR_IN

3.3 V

Power Supply Input

8

GND

-

0 V

Ground

Pinbelegung der phyCAM-S/S+ – Schnittstelle (Hirose-Verbinder)

2.

Signal direction from the camera's point of view

PHYTEC Basisplatinen verwenden teilweise eine RJ-45 Buchse für den Anschluss von phyCAM-S – Kameramodulen. Die Belegung der RJ45 Buchse ist identisch zum Hirose-Verbinder.

Hinweise

  • Die Versorgungsspannung muss von der Basisplatine bereitgestellt werden. Während eines Power-Cylces sollte die Versorgungsspannung vollständig entladen werden um die korrekte Funktion des Kameramoduls zu gewährleisten. Bei langen Kameraleitungen ist der Spannungsabfall über der Leitung zu berücksichtigen.
  • LVDS_DATA: Pixeldaten und Synchronsignale als LVDS-Datenstrom von der Kamera. Die Daten müssen in der Regel auf dem Applikationsboard bzw. dem Controllermodul parallelisiert werden.
  • LVDS_MCLK: Master Clock zur Kamera als LVDS-Signal. Auf der Basisplatine ist ein entsprechender LVDS-Treiber­baustein vorzusehen.
  • I2C_SCL/I2C_SDA: I²C-Interface zur Parametrierung der Kamera und evtl. vorhandener Zusatzfunktionen. Die Kamera verhält sich als I²C Slave. Der I²C-Bus arbeitet mit einer Spannung von 3,3 V. Die Pull-Up-Widerstände müssen auf dem Applikationsboard vorgesehen werden. Bei der Verwendung längerer Kamerakabel muss die Dimensionierung der Pull-Up-Widerstände sorgfältig vorgenommen werden, damit der Bus einwandfrei funktioniert. Bei der Verwendung von I²C-Treibern oder -Levelshiftern auf dem Basisboard sind dabei die Schaltschwellen der Bausteine zu berücksichtigen.
  • PHYTEC Basisplatinen verwenden teilweise eine RJ-45 Buchse für den Anschluss von phyCAM-S – Kameramodulen. Die Belegung der RJ45 Buchse ist identisch zum Hirose-Verbinder

Format der LVDS-Kameradaten

Die Bilddaten werden von der Kamera als 12 Bit breiter Datenstrom geliefert, wobei 8 Bit die Pixeldaten darstellen, 2 Bit die Synchronsignale Line Valid und Frame Valid liefern und weiter 2 Bit als Synchronsignale für den LVDS-Deserializer verwendet werden.

Data bit LVDS

Function

C0

Deserializer Sync

D0

Image Data D0

D1

Image Data D1

D2

Image Data D2

D3

Image Data D3

D4

Image Data D4

D5

Image Data D5

D6

Image Data D6

D7

Image Data D7

D8

Line Valid (LV)

D9

Frame Valid (FV)

C1

Deserializer Sync

Zuordnung LVDS-Datenbits phyCAM-S/S+

TIpp

Die in den Datenbits enthaltene Information hängt vom verwendeten Sensor ab. So können D[0..7] bei einem monochromen Sensor die Helligkeitsinformation pro Pixel repräsentieren. Bei einem Farbsensor können sequentiell die Daten für RGB-Farbauszüge in Bayer-Pattern-Format oder als aufbereitete Daten beispielsweise in RGB oder YUV ausgegeben werden (siehe Spezifikation des jeweiligen Kameramoduls).

elektrische Spezifikation phyCAM-S/S+ Interface

Die nachfolgende Tabelle gibt die allgemeine Spezifikation der phyCAM-S/S+ – Schnittstelle auf der Empfängerseite (Basisplatine) an. Explizite Angaben zu den einzelnen Kameramodulen finden Sie in den jeweiligen Hardware-Manuals.

 

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

DC Electrical Characteristics (Camera Module)

Supply Voltage

VCAM

3.0

3.3

3.6

V

Supply Current

ICAM

-

200

500

mA

Input HIGH Voltage

VIH

VCAM*0.7

-

VCAM+0.3

V

Input LOW Voltage

VIL

-0.3

-

VCAM*0.3

V

Output HIGH Voltage

VOH

VCAM*0.7

VCAM

-

V

Output LOW Current

IOL

-

3

-

mA

AC Electrical Characteristics (Camera Module)

Master Clock Frequency

fMCLK

-

27

200

MHz

Magnitude of differential input voltage

|VID|

100

-

600

mV

Impedance

ZDIFF

-

100

-

W

AC Electrical Characteristics (Application Board)

Pixel Clock Frequency (phyCAM-S)

fPCLK

16

-

40

MHz

Pixel Clock Frequency (phyCAM-S+)

fPCLK

20

-

80

MHz

Ratio of Reference Clock to Pixel Clock

RREF/PCLK

0.95

1

1.05

-

Magnitude of differential input voltage

|VID|

50

15

-

mV

Electrical Termination

RT

-

100

-

W

Timing Characteristics

I²C-Bus Frequency

fSCL

-

100

400

kHz

elektrische Spezifikation phyCAM-S Interface

Wichtig

  • Der Pixeltakt (fPCLK) muss kontinuierlich anliegen. Das bedeutet, dass der Pixeltakt keine Drop-Outs aufweisen darf, damit der Deserializer sich auf den LVDS-Datenstrom synchronisieren kann.
  • Beim Einschalten von phyCAM-S/S+ – Modulen muss die Versorgungsspannung monoton ansteigen (keine Dropouts). Andernfalls ist es möglich, dass die internen Reset-Schaltungen des Kameramoduls nicht korrekt arbeiten und zu Fehlfunktionen des Kameramoduls führen.

Kompatibilität phyCAM-S und phyCAM-S+

Das phyCAM-S+ Interface stellt eine Weiterentwicklung des phyCAM-S Interfaces in Bezug auf die mögliche Taktfrequenz dar. Das phyCAM-S+ Interface kann Kamerasignale mit einem Pixeltakt (fPCLK) bis zu 80 MHz übertragen. Es ist weitgehend kompatibel zum phyCAM-S Interface.

phyCAM-S Kameras können an ein Microcontrollermodul mit phyCAM-S+ Interface angeschlossen werden, sofern der minimale Pixeltakt (fPCLK) 20 MHz nicht unterschritten wird.

Kameramodule mit phyCAM-S+ Spezifikation können an ein Microcontrollermodul mit phyCAM-S Interface angeschlossen werden, sofern der maximale Pixeltakt (fPCLK) von 40 MHz nicht überschritten wird.

Spezifikation phyCAM-M Interface

Merkmale der Schnittstelle:

  • MIPI CSI-2 Datenschnittstelle (4 Lanes D-PHY)
  • Die Parametrierung der Kamera erfolgt über eine I²C-Schnittstelle
  • Steckverbinder: 30 pol. Shielded-FFC-Verbinder 0,5 mm Pitch, 0,3 mm Kabelstärke
  • Betriebs- und Signalspannungspegel der I²C-Schnittstelle: 3,3 V
  • empfohlene maximale Leitungslänge: bis 15 cm (Die maximale Länge ist abhängig von der verwendeten Datenrate)

Schnittstellensignale:

  • Stromversorgung (3,3 V / 5 V)
  • MIPI CSI-2 (4 Lanes D-PHY)
  • I²C-Bus zur Parametrierung der Kamera und ggf. Sonderfunktionen (abhängig vom Kameramodul)
  • Steuerleitungen (Reset, Voltage Select)
  • 4 Feature Pins für Sonderfunktionen der Kamera z.B. Trigger und Strobe

Steckverbinder

Steckverbinder: 30 pol. Shielded-FFC-Verbinder 0,5 mm Pitch, 0,3 mm Kabelstärke, Kontaktierung unten.

Steckverbinder phyCAM-M

Steckverbinder phyCAM-M

Passende Steckverbinder für Applikationsplatine:

  • Hirose FH48-30S-0.5SV (stehend, PHYTEC-Bestellnr.: VE560)
  • Hirose FH41-30S-0.5SH (liegend, PHYTEC-Bestellnr.: VE554)

Passende Anschlusskabel:

Length

Cable type

Contacts position

PHYTEC order no.

150 mm

Shielded FFC

equilateral

WF271

phyCAM-M Kabel

Pinbelegung des phyCAM-M  - Steckverbinders

Steckerbelegung auf Kameraseite:

phyCAM-M  -  Electrical Interface Camera Module

Pin

Signal

Signal Type[2]

Signal Level

Function

1



VCAM



PWR_IN



3.3 V / 5 V


Power Supply Input
Voltage depends on VCC_SELECT

2

3

4

GND

-

0 V

Ground


5


VCC_SELECT


O


-

Defines voltage on VCAM Pins
Open: VCAM = 3.3 V
GND: VCAM = 5 V

6

nRESET

I

3.3 V

Reset in (active low)

7

I2C_ADDR

I

3.3 V

I²C Address Select

8

I2C_SDA

OD-BI

3.3 V

I²C SDA-Line

9

I2C_SCL

OD-BI

3.3 V

I²C SCL-Line

10

GND

-

0 V

Ground

11

CTRL1

I/O

3.3 V

Multipurpose Pin 1 (Default: Strobe Output)

12

CTRL2

I/O

3.3 V

Multipurpose Pin 2 (Default: Trigger Input)

13

CTRL3

I/O

3.3 V

Multipurpose Pin 3

14

CTRL4

I/O

3.3 V

Multipurpose Pin 4

15

GND

-

0 V

Ground

16

CSI_D3N

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 3, negative

17

CSI_D3P

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 3, positive

18

GND

-

0 V

Ground

19

CSI_D2N

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 2, negative

20

CSI_D2P

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 2, positive

21

GND

-

0 V

Ground

22

CSI_CLK0N

O

-

MIPI CSI-2 Clock Lane, negative

23

CSI_CLK0P

O

-

MIPI CSI-2 Clock Lane, positive

24

GND

-

0 V

Ground

25

CSI_D1N

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 1, negative

26

CSI_D1P

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 1, positive

27

GND

-

0 V

Ground

28

CSI_D0N

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 0, negative

29

CSI_D0P

O

-

MIPI CSI-2 Data Lane 0, positive

30

GND

-

0 V

Ground

Pinbelegung der phyCAM-M – Schnittstelle (Fort.)

2.

Signal direction from the camera's point of view

Hinweise

  • Die Versorgungsspannung muss von der Basisplatine bereitgestellt werden. Während eines Power-Cylces sollte die Versorgungsspannung vollständig entladen werden um die korrekte Funktion des Kameramoduls zu gewährleisten.
  • I2C_SDA/I2C_SCL: I²C-Interface zur Parametrierung der Kamera und evtl. vorhandener Zusatzfunktionen. Die Kamera verhält sich als I²C Slave. Der I²C-Bus arbeitet mit einer Spannung von 3,3V. Die Pull-Up-Widerstände müssen auf dem Applikationsboard vorgesehen werden.
  • CTRLx/VCC_SELECT/nRESET/I2C_ADDR: Der Signallevel beträgt 3,3 V. Eingänge sind Hochohmig (High-Z), Ausgänge werden vorzugsweise als Open-Drain ausgeführt und benötigen einen Pull-up Widerstand auf der Applikationsplatine.
  • nRESET: Das Reset-Signal muss während eines Power-Cycles auf LOW gehalten werden. Anschließend muss es aktiv auf einen HIGH Pegel gezogen werden. Kameramodule besitzen keinen Pull-Up.

elektrische Spezifikation phyCAM-M Interface

Die nachfolgende Tabelle gibt die allgemeine Spezifikation der phyCAM-M – Schnittstelle auf der Empfängerseite (Basisplatine) an. Explizite Angaben zu den einzelnen Kameramodulen finden Sie in den jeweiligen Hardware-Manuals.

 

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

DC Electrical Characteristics

Supply Voltage (VCC_SELECT = open)

VCAM

3.0

3.3

3.6

V

Supply Voltage (VCC_SELECT = GND)

VCAM

4.5

5

5.5

V

Supply Current

ICAM

-

0.2

1.5

A

Input HIGH Voltage

VIH

-

3.3

-

V

Input LOW Voltage

VIL

-

0

-

V

Output HIGH Voltage

VOH

-

3.3

-

V

Output LOW Current

IOL

-

10

-

mA

Timing Characteristics

VCAM to nRESET

tVRST

500

-

-

µs

I2C_SCL Frequency

fSCL

-

100

400

kHz

allgemeine elektrische Spezifikation phyCAM-M Interface

Wichtig

Beim Einschalten von phyCAM-M – Modulen muss die Versorgungsspannung monoton ansteigen (keine Dropouts). Andernfalls ist es möglich, dass die internen Reset-Schaltungen des Kameramoduls nicht korrekt arbeiten und zu Fehlfunktionen des Kameramoduls führen.

Spezifikation phyCAM-L Interface

Merkmale der Schnittstelle:

  • FPD-Link III Datenschnittstelle (bis zu 4,16 Gbps über eine koaxiale Verbindung)
  • Die Parametrierung der Kamera erfolgt über eine I²C-Schnittstelle welche transparent mittels FPD-Link III übertragen wird
  • Steckverbinder: UMCC Gen. 1
  • Power over Coax (PoC)
  • empfohlene maximale Leitungslänge: bis 15 m (Die maximale Länge ist abhängig vom Kabel und der Last an PoC)

Schnittstellensignale:

  • FPD-Link III mit PoC und bidirektionaler Kommunikation

Steckverbinder

Steckverbinder: UMCC Gen. 1 oder kompatibel

Steckverbinder phyCAM-L

Passende Steckverbinder für Applikationsplatine:

  • TE 2337019 oder kompatibel (PHYTEC-Bestellnr.: VE611)

Passende Anschlusskabel:

Length

Cable type

Contacts position

PHYTEC order no.

15 m

Coax

-

TBD

7.5 mCoax-TBD

phyCAM-L Kabel

Pinbelegung des phyCAM-L  - Steckverbinders

Steckerbelegung auf Kameraseite:

phyCAM-L  -  Electrical Interface Camera Module

Pin

Signal

Signal Type

Signal Level

Function

1

Link

IO

-

FPD-Link III

2

GND

-

0 V

Ground

Pinbelegung der phyCAM-L – Schnittstelle

Hinweise

  • Die PoC Versorgungsspannung muss von der Basisplatine bereitgestellt werden. Während eines Power-Cylces sollte die Versorgungsspannung vollständig entladen werden um die korrekte Funktion des Kameramoduls zu gewährleisten.

elektrische Spezifikation phyCAM-L Interface

Die nachfolgende Tabelle gibt die allgemeine Spezifikation der phyCAM-L – Schnittstelle an. Explizite Angaben zu den einzelnen Kameramodulen finden Sie in den jeweiligen Hardware-Manuals.

 

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

PoC Characteristics

Supply Voltage

VPoC

4.5

-

13.2

V

Supply Current

IPoC

-

-

0.75

A

Power transmissionPPoC--6W

CML Treiber

FPD-Link III output voltage

VFPD

-0.3-1.21

V

FPD-Link III Link Frequenz

fFPD

3.6844.16

Gbps

allgemeine elektrische Spezifikation phyCAM-L Interface

Wichtig

Beim Einschalten von phyCAM-L – Modulen muss die Versorgungsspannung monoton ansteigen (keine Dropouts). Andernfalls ist es möglich, dass die internen Reset-Schaltungen des Kameramoduls nicht korrekt arbeiten und zu Fehlfunktionen des Kameramoduls führen.

Spezifikation des Trigger-/Strobe-Anschlusses

Hauptmerkmale:

  • 3-polige Buchse. Gegenstecker: JST SHR-03V-S-B-B
  • Signalspannung an diesem Anschluss ist abhängig vom jeweiligen Kameramodul

Schnittstellensignale:

  • Trigger
  • Strobe / Sync

Steckverbinder und Kabel

Passende Steckverbinder für Applikationsplatine:

  • JST BM03B-SRSS-TB(LF) (SN) (stehend, PHYTEC-Bestellnr.: VM210)
  • JST SM03B-SRSS-TB(LF) (SN) (liegend, PHYTEC-Bestellnr.: VM298)

Passende Anschlusskabel:

Length

Cable type

PHYTEC order no.

250 mm

Wires

WK295

30 mm

Wires

WK295-0.03

Passende Steckergehäuse für Kabelmontage:

  • JST SHR-03V-S-B (Kontaktgehäuse)
  • JST SSH-003T-P0.2 (Kontakte für AWG 32 … 28)

phyCAM  -  Trigger/Strobe Header

Pin

Signal

Signal Type[2]

Signal Level

Function

1

CAM_TRIG

I

Trigger (optional - see Camera Description, internal 10 kΩ PD-Resistor)

2

GND

-

0 V

Ground

3

CAM_STRO

O

-7

Strobe (optional - see Camera Description)

Pinbelegung der Trigger-/Strobe – Schnittstelle (JST-Verbinder)

2.

Signal direction from the camera's point of view

3.

Signal voltage at this pin depends on the respective camera module.

Mechanische Spezifikation

Toleranzen:

  • PCB-Abmessungen: ±0,25 mm
  • Bohrungen: ±0,1 mm
  • Kunststoffteile: ±0,5 mm

Alle Angaben sind vorbehaltlich Änderungen.

Abmessungen Kameramodul

Abmessungen phyCAM-Leiterplatte

Abmessungen phyCAM-Leiterplatte

Kabelabgang nach oben in Bezug auf Sensor-Standard-Ausleserichtung.

Um die äußeren Befestigungsbohrungen befindet sich ein runder, metallisierter Bereich mit d = 5 mm, auf dem Schrauben oder Befestigungselemente aufliegen können.

Bei den inneren Bohrungen beträgt dieser Auflagebereich d = 4 mm und ist nicht kontaktiert.

Sollen Befestigungselemente diesen Bereich überragen, sind isolierende Werkstoffe zu verwenden, damit sicher verhindert wird, dass Kurzschlüsse zwischen Leiterbahnen entstehen können. Beachten Sie in diesem Fall auch bitte die Positionen von Bauelementen abhängig von der Modellvariante.

Die inneren Befestigungsbohrungen (2,2 mm bzw 2,6 mm) können lichtdicht abgedeckt geliefert werden. Beachten Sie in diesem Fall, dass die verwendeten Stopfen sensorseitig ca. 3 mm abstehen.

Der Steckverbinder für Strobe/Trigger-Signale hat eine Höhe von 4,9 mm (nur Kameramodule, die Option besitzen).

Hinweise

  • Da Objektive die Bildlage umkehren, wird das Board üblicherweise mit Kabelabgang nach unten montiert, um ein aufrechtes Bild zu erhalten. 
  • Die Ausleserichtung kann bei vielen Kameras softwaremäßig umgekehrt werden, so dass auch eine andere Montagerichtung möglich ist.

Abmessungen C/CS-Mount - Objektivhalter

Kameramodul mit Objektivhalter für C/CS-Mount Objektive
Bestelloption: -H

Der Halter besitzt einen verstellbaren Messingeinsatz zur Feinanpassung des Objektiv-Auflagemaßes. Der Einsatz kann mit einer Madenschraube fixiert werden.
Für C-Mount-Objektive wird zusätzlich ein entsprechender Adapterring aufgeschraubt.

Eine Seite des Halters ist mit Gewindelöchern zur Befestigung versehen. Die Befestigung kann mit Schrauben 4 x M2,5 oder mittels eines Fotogewindes 1/4“ erfolgen.

Standardmäßig erfolgt der Kabelabgang in Richtung der Befestigungsbohrungen. Das Sensorboard kann in 90° Schritten gedreht werden, so dass die Befestigung von jeder Seite aus möglich ist.

Gehäusematerial: Polyoxymethylen (POM, Delrin), schwarz
C/CS-Mount-Gewindeeinsatz: Messing

Abmessungen phyCAM mit C/CS-Mount Halter

Abmessung M12-Objektivhalter

Kameramodul mit Objektivhalter für M12 / 0.5 Objektive (S-Mount)
Bestelloption: -M12

Der Halter ist mittels 2 mm-Schrauben auf dem Kameramodul verschraubt (innere 2,2 mm bzw. 2,6 mm Bohrungen).

Abmessungen phyCAM mit M12-Halter

Abmessungen phyCAM mit M12-Halter

Eine Ausnahme bilden die Kameramodule der VM-012-Serie. Bedingt durch die Sensorgeometrie wird bei dieser Kameras ein anderer Halter und andere Schrauben verwendet. Der Halter wird hierbei mittels 1,8 mm Schrauben mit dem Kameramodul verschraubt (innere 2,2 mm-Bohrungen).

Abmessungen M12-Halter der VM-012-Serie

Abmessungen M12-Halter der VM-012-Serie

Alle Kameramodule können über die vier 2,7 mm – Bohrungen der Leiterplatte befestigt werden (passende Schraubengröße 2,5 mm).

Design-In Guide

phyCAM-P

Designentwurf

Das phyCAM-P – Interface ist auf einen möglichst einfachen Schnittstellenentwurf hin ausgelegt. Es bietet daher dem Entwickler die Freiheit, die Anbindung an den Microcontroller entweder in Hinsicht auf Kosten oder auf Kompatibilität und Skalierbarkeit hin zu optimieren. Der jeweilige Grad der Optimierung kann dabei selbst bestimmt werden.

Zu berücksichtigen sind im Wesentlichen folgende Aspekte:

phyCAM-P

kostenoptimiertes Design

kompatibles Design

Spannungsversorgung

Feste Spannung gemäß gewählter Kamera

Gesteuertes Kamera-Netzteil mittels VCC_SELECT (Pin 31)

Daten-, Steuerleitungen und I²C‑Bus

bei gleichen Pegeln kein Levelshifter erforderlich

immer Levelshifter zwischen Kamera und Controller vorsehen

Feature-Pins
(CAM_CTRL1 / CAM_CTRL2)

Verwendung gemäß Applikation und gewählter Kamera

Bedenken, dass Features der Kameras unterschiedlich sein können. Gegebenenfalls Jumper vorsehen.

Übersicht Designentwurf phyCAM-P

  1. Spannungsversorgung

    Die Versorgungsspannung VCAM kann bei verschiedenen Kameramodulen unterschiedlich sein (siehe Einzelbeschreibung der Kameramodule). Auf einem Basisboard, das beliebige phyCAM-Module unterstützt, muss daher eine variable Spannungsversorgung vorhanden sein. Über den Widerstandswert an Pin 31 kann die erforderliche Spannung vom Basisboard erkannt und die Spannungsquelle automatisch eingestellt werden (siehe Bild phyCAM-P Referenzschaltplan für höchste Kompatibilität).
    Wird lediglich ein bestimmtes Kameramodul berücksichtigt, kann ggf. ein separater Regler entfallen und die Kamera aus einer bereits vorhandenen Spannungsquelle gespeist werden.

  2. Spannung der Daten-, Steuerleitungen und I2C-Bus

    Die Spannung dieser Signale entspricht der Versorgungsspannung (VCAM). In einem universellen Schaltungsentwurf müssen diese Signale daher immer über Levelshifter geführt werden, welche die Pegel kameraseitig auf den Spannungswert von VCAM übersetzen.
    Wird die Basisplatine dagegen für ein bestimmtes Kameramodul entworfen, ist eine Spannungsanpassung durch einen Levelshifter nur dann erforderlich, wenn die Spannung von Controller (bzw. übriger Schaltung des Basisboards) und der Kamera unterschiedlich sind.

  3. Feature-Pins (CAM_CTRL1 / CAM_CTRL2)

    Die verschiedenen Kameramodule der phyCAM-P – Serie bieten unterschiedliche Zusatzfunktionen. Entweder auf dem Kameramodul selbst oder über die CAM_CTRLx‑Pins des phyCAM-P – Steckverbinders. Diese Funktionen können sich von Kamera zu Kamera unterscheiden. Entsprechend ändert sich auch die Funktion der CAM_CTRLx‑Pins. Bei Festlegung auf ein bestimmtes Kameramodul können alle Sonderfunktionen der Kamera ausgeschöpft werden. Für ein flexibles Design empfehlen wir, möglichst wenige Sonderfunktionen zu verwenden. So minimieren Sie das Risiko, dass spätere Kameramodule eine von Ihnen verwendete Funktion nicht aufweisen und somit an Ihrem Applikationsboard nicht funktionieren. Gegebenenfalls können Polarität oder Qualifizierung eines Signals unterschiedlich sein (flanken-/zustandsgesteuert). Wir empfehlen, die CAM_CTRLx‑Pins über (Löt‑)Jumper an Ihr Design anzubinden. Wenn Sie die Pins nicht benötigen, sollten Sie folgende Jumper vorsehen:

    • CAM_CTRL_1: Jumper gegen GND/VCAM
    • CAM_CTRL_2: Jumper gegen GND

    Beachten Sie, dass Sie gegebenenfalls Ihre Software an verschiedene Kamerafunktionen anpassen.

Kompatibilität der einzelnen phyCAM-P Module mit ihrer jeweiligen Standardbestückung:


VM-006

VM-008

VM-009

VM-010

VM-011

VM-012

VM-016

VM-05x

Special Features

Address Select

n/a

n/a

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

Trigger

CTRL1

n/a

n/a

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

Strobe / Sync

n/a

n/a

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

CTRL1

Standby

n/a

n/a

CTRL2

CTRL2

CTRL2[4]

n/a

n/a

n/a

Ext. Data word width D1

n/a

n/a

n/a

n/a

CTRL2

n/a

CTRL2

CTRL2

Ext. Data word width D0

n/a

n/a

n/a

n/a

CTRL1

n/a

CTRL1

CTRL1

Ground

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

CTRL2

Control Pins

Reset

nRST

nRST

nRST

nRST

nRST

nRST

nRST

nRST

Output Enable

OE

n/a

OE

OE

OE

n/a

OE

OE

Kompatibilität zwischen phyCAM-P Modulen (Standardbestückung)

4.

Active low

Power-Cycle

Komplexe Integrierte Schaltkreise, wie sie in Bildsensoren vorliegen, benötigen stets ein definiertes Power-On und Power-Off Sequencing. Die Versorgungsspannung muss beim Einschalten des Kameramoduls monoton ansteigen.

phyCAM-P Power-Cycle

Timing Characteristics

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

VCAM to Reset Delay

t1

-

500

-

µs

VCAM Power-On Delay[5]

t2

-

100

-

ms

phyCAM-P Power-Cycle Timing Characteristics

5.

The delay depends on the strength of the discharge of the network.

Allgemeine Designanforderungen

An den Spannungsversorgungspins (VCAM) muss eine Kapazität von ≈ 100 µF platziert werden. Außerdem sind 2x 100 nF und 2x 100 pF vorzusehen. Allgemein sollten die Kondensatoren mit niedriger Kapazität so gewählt werden, dass die Resonanzfrequenzen der Arbeitsfrequenzen des Kameramoduls entsprechen.

Ripple und hochfrequente Störungen auf der Ausgangsspannung können im aufgenommen Bild sichtbar werden. Ein Ferrit kann dazu beitragen diese Störungen für die Versorgungsspannung des Kameramoduls zu blockieren.

Je nach verwendetem Kabel ist es möglich, das die Pinbelegung des phyCAM-P Steckverbinders im Schaltplan gespiegelt werden muss. Dies ist dann der Fall, wenn ein gleichseitig kontaktierendes Kabel verwendet wird.

Beispieldesign phyCAM-P für geringste BOM-Kosten

Dieser Abschnitt stellt einen Designentwurf für geringste BOM-Kosten vor.

Die Spannungsversorgung des Kameramoduls (VCC_CAM0_P) erfolgt in diesem Beispiel aus der Spannungsquelle der restlichen Logik der Applikationsplatine (VCC_LOGIC). Eine Anpassung der Signalspannungen entfällt hierdurch.

Die Freigabe es Reset erfolgt über eine feste Verzögerung mittels RC-Glied (R57, C116). Der Reset kann alternativ auch über ein globales Reset-Signal der Applikationsplatine angesteuert werden.

Die Steuerleitungen CAM_CTRL1 und CAM_CTRL2 sind so ausgeführt das diese als Ground, Trigger-, Strobe- oder Daten-Signal verwendet werden können. Abhängig von der Bestückung des Kameramoduls müssen dann J7 und J8 bestückt oder offen gelassen werden und die CAM_CTRL1 bzw. CAM_CTRL2 Leitungen an den Controller geführt werden.

Die Pullup-Widerstände für den I²C Bus sind auf der Applikationsplatine vorzusehen.

phyCAM-P Referenzschaltplan für geringe BOM-Kosten

phyCAM-P Referenzschaltplan für geringe BOM-Kosten

Beispieldesign phyCAM-P für höchste Kompatibilität

Dieser Abschnitt stellt einen Designentwurf vor, der eine hohe Kompatibilität zwischen verschiedenen phyCAM-P – Modulen gewährleistet. Die Spannungen VCC_CAM0_P und VCC_LOGIC können in diesem Beispiel gleich oder unterschiedlich groß sein.

Bild phyCAM-P Referenzschaltplan für höchste Kompatibilität zeigt das Schaltbild des Referenzdesigns.

Die Spannungsversorgung basiert auf einem Step-Down-Spannungsregler (U11) mit konfigurierbarer Ausgangsspannung. Dabei ist der Fußpunkt des Feedback-Zweiges an den VCC_SELECT – Widerstand des Kameramoduls geführt. Die Beschaltung des Feedbackzweigs ist für Ausgangsspannungen (VCAM) von 2,8 V bis 3,3 V bei einer Feedback-Referenzspannung von 800 mV ausgelegt. Durch Anpassung der Widerstände R50-52 kann die Schaltung auch an einen Spannungsregler mit abweichender Feedback-Spannung angepasst werden.

Bei Dimensionierung und Layout des Schaltreglers ist das Datenblatt des Herstellers zu beachten. Ripple und hochfrequente Störungen auf der Ausgangsspannung können im aufgenommen Bild sichtbar werden. Ferrite (L19, L21, L22) können dazu betragen diese Störungen für die Versorgungsspannung des Kameramoduls zu blockieren.

Die Levelshifter U10, U12 und U13 dienen zur Spannungsanpassung der Signale zwischen dem Controllerinterface (VCC_LOGIC) und dem Kameramodul (VCC_CAM0_P).

Eine Serienterminierung (RN7-9, R54-56) der Ausgangssignale ist sinnvoll um eine gute Signalintegrität zu gewährleisten. Die Aufteilung der Serienterminierung in einzelne Widerstände und Widerstandnetzwerke wurde aus Layoutgründen vorgenommen.

Der T-Filter (R53, C110, L17) am Ausgang von U13 sollte an die verwendete Masterclock-Frequenz angepasst werden. Viele phyCAM Module bieten darüber hinaus die Möglichkeit einen Oszillator zu bestücken, so dass U13 mit seiner Beschaltung vollständig entfallen kann.

Bei der Dimensionierung der I2C-Pullup-Widerstände (R46, R47) ist der maximal zulässige Strom (Output LOW current) zu beachten. Die Pullup-Widerstände auf Seite des Controllers müssen entsprechend den Erfordernissen der Applikationplatine gewählt werden.

Die Ferrite L20, L23 und L24 können abhängig vom Spannungskonzept der Applikationsplatine entfallen.

Hinweis

Bidirektionale Levelshifter wie U12 arbeiten üblicherweise mit unterschiedlichen Schaltschwellen für Input und Output. Dies kann besonders beim Einsatz mehrerer Levelshifter am gleichen Bus zu Fehlfunktion führen. Beachten Sie stets die Designhinweise des jeweiligen Datenblatts und stellen Sie sicher, dass die Schaltschwellen des I²C-Standards nicht verletzt werden.

phyCAM-P Referenzschaltplan für höchste Kompatibilität

phyCAM-P Referenzschaltplan für höchste Kompatibilität

phyCAM-S/S+

Designentwurf

Da das phyCAM-S/S+ Interface auf eine hohe Kompatibilität der Kameramodule untereinander ausgelegt ist, entfällt hier die beim phyCAM-P Design notwendige Beachtung unterschiedlicher Signalspannungen auf der Schnittstellenseite.

Es sind zwei typische phyCAM-S Einsatzszenarien zu unterscheiden:

  • Gehäuseinterne Kamera: Eine u. U. bewegliche Kamera wird in einem abgeschlossenen Gehäuse verbaut.
  • Abgesetzter Kamerakopf: Kameramodul und Applikationsplatine sind räumlich getrennt.

Entsprechend der Einbausituation sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen:

phyCAM-S/S+

Gehäuseinterne Kamera

Abgesetzer Kamerakopf

Spannungsversorgung

Feste Versorgungsspannung

Spannungsabfall über Kabel beachten.
Evtl. Kurzschlussfeste Versorgungsspannung vorsehen.

Schirmungskonzept

Störaussendung vermeiden

Störaussendung vermeiden
Störeinkopplungen ableiten

Übersicht Designentwurf phyCAM-S/S+

  1. Spannungsversorgung

    Die Versorgungsspannung von phyCAM-S/S+ beträgt 3,3 V. Mit dieser Spannung wird auch die I²C Schnittstelle betrieben.
    Wird das Kameramodul als abgesetzter Kamerakopf eingesetzt muss zusätzlich der Spannungsabfall über dem verwendeten Kabel berücksichtigt werden. Um die Funktionssicherheit bei einem solchen Systementwurf zu gewährleisten, kann außerdem eine kurzschlussfeste Spannungsquelle vorgesehen werden.

  2. Schirmungskonzept

    Allgemein gültige Aussagen zum idealen Schirmungskonzept eines Systems sind nur schwer möglich. Grundsätzlich hängt der betriebene Aufwand von der anzuwendenden Norm ab. Bei geräteinternen Komponenten entfällt i.d.R. die leitungsgebundene Störeinkopplung und ESD Entladungsprüfung. Der Kabelschirm sollte dann auf Betriebsmasse gelegt werden.
    Bei abgesetzten Kameramodulen muss verstärkt beim Designentwurf berücksichtigt werden, wie eingebrachten Störungen abgeleitet werden können ohne das es zu Störungen oder gar dem Ausfall des Systems kommt.

Power-Cycle

Komplexe Integrierte Schaltkreise, wie sie in Bildsensoren vorliegen, benötigen stets ein definiertes Power-On und Power-Off Sequencing. Die Versorgungsspannung muss beim Einschalten des Kameramoduls monoton ansteigen.

phyCAM-S/S+ Power-Cycle

Timing Characteristics

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

VCAM Power-On Delay[5]

t2

-

100

-

ms

phyCAM-S/S+ Power-Cycle Timing Characteristics

5.

The delay depends on the strength of the discharge of the network.

Mittels dieses Power-Cycles wird der On-Board-Reset eines phyCAM-S Kameramoduls gesteuert, so dass ohne einen korrekten Power-Cycle einzelen Komponenten nicht resetet werden.

Allgemeine Designanforderungen

An den Spannungsversorgungspins (VCAM) muss eine Kapazität von ≈ 100 µF platziert werden. Außerdem sind mindesten 1x 100 nF und 1x 100 pF vorzusehen. Allgemein sollten die Kondensatoren mit niedriger Kapazität so gewählt werden, dass die Resonanzfrequenzen der Arbeitsfrequenzen des Kameramoduls entsprechen.

Ripple und hochfrequente Störungen auf der Ausgangsspannung können im aufgenommen Bild sichtbar werden. Ferrite (L19, L21, L22) können dazu betragen diese Störungen für die Versorgungsspannung des Kameramoduls zu blockieren.

Auf vielen Kameramodulen kann ein Oszillator bestückt werden, so dass ein notwendiger LVDS-Treiber (siehe z.B. Bild 16) mit seiner Beschaltung vollständig entfallen kann. Wird diese Bestückungsoption verwendet, sollten die Leitungen auf Betriebsmasse gezogen und nicht hochohmig oder offen belassen werden.

Die LVDS Signalleitungen sollten symmetrisch (Line-Skew ≤ 127 µm) und mit Ground als Bezugsplane (Z0 = 50 Ω, ZDIFF = 100 Ω) geroutet werden. Durchkontaktierungen (Via) sind zu vermeiden.

Hinweise

  • Die Referenzschaltpläne sind für beliebige Controller mit paralleler Kameraschnittstelle entwickelt.
  • Die LVDS-Übertragungstechnik, die für das phyCAM-S/S+ - Interface benutzt wird, bietet grundsätzlich eine Reihe von Vorteilen.
  • Es ist jedoch zu beachten, dass durch die serielle Übertragung der Daten hohe Frequenzen (≥ 12x fPCLK) erzeugt werden. Aufgrund dieser Frequenzen ist daher ein sorgfältiges Design, zur Erzielung optimaler Signalqualität und Übertragungseigenschaften, unbedingt erforderlich. Dies gilt insbesondere bei Übertragungen mit hoher Auflösung oder Bildraten.

Beispieldesign für gehäuseinterne ühyCAM-S/S+ Kameramodule

Dieser Abschnitt zeigt einen Designentwurf für den gehäuseinternen Einsatz eines Kameramoduls.

Für ein vollständiges phyCAM-S/S+ Interface werden drei aktive Bauelemente (U1, U3, U6) benötigt.

Fast alle Controllermodule der phyCARD- und phyFLEX- Serien besitzen bereits ein Kamerainterface mit LVDS-Schnittstelle, so dass der LVDS-Deserializer (U1) mit seiner Beschaltung entfallen kann. Bei Controllermodulen der phyCORE-Serie ist U1 dagegen grundsätzlich vorzusehen.

U6 wandelt den vom Controllermodul erzeugten Masterclock (MCLK) in ein LVDS-Signal. Die Filterschaltungen des LVDS-MCLK-Signals (R24, R25, R37, R38 und C67) sperrt Oberwellen des MCLK-Signals.

L14 und L8 symmetrisiert das LVDS-Signal zusätzlich, was sich günstig auf die Signalintegrität auswirkt und Gleichtaktstörungen unterdrückt. Diese Common Mode Chokes sollten immer so dicht wie möglich am phyCAM-S Connector platziert werden.

Wird ein Oszillator auf dem Kameramodul bestück, entfällt U6 mit seiner gesamten Beschaltung.

U3 entkoppelt die kapazitive Buslast zwischen Kameramodul /-kabel und der Applikationsplatine. Je nach der im System vorhandenen Buskapazität kann U3 entfallen.

Hinweis

Bidirektionale Levelshifter wie U12 arbeiten üblicherweise mit unterschiedlichen Schaltschwellen für Input und Output. Dies kann besonders beim Einsatz mehrerer Levelshifter am gleichen Bus zu Fehlfunktion führen. Beachten Sie stets die Designhinweise des jeweiligen Datenblatts und stellen Sie sicher, dass die Schaltschwellen des I²C-Standards nicht verletzt werden.

Als Spannungsversorgung der Kamera genügt eine 3,3 V Spannungsquelle. Die Strombelastbarkeit sollte ≥ 500 mA betragen. Ein Ferrit (L11) kann dazu betragen Störungen für die Versorgungsspannung des Kameramoduls zu blockieren. Die Ferrite L26-28 können abhängig vom Spannungskonzept der Applikationsplatine entfallen.

Wir empfehlen die Verwendung von Überspannungsschutzdioden (D1, D4) in den Signalleitungen der Kamera. Die Schutzdioden für die LVDS-Signale sollten eine Kontaktkapazität von ≤ 600fF besitzen, um die LVDS-Signale nicht zu beeinflussen.

Die passende Kabelqualität hängt von der Leitungslänge, der verwendeten Taktfrequenz des Pixelclock (fPCLK) und den Anforderungen der Applikation ab. Es können z.B. Kabel vom Typ CAT-5e, CAT-7 („Ethernetkabel“) oder Kabel mit Spezifikation für USB 3.0 verwendet werden. Insbesondere bei hohen Übertragungsfrequenzen können Kabel günstig sein, welche mit einer integrierten Drain-Wire pro LVDS-Adernpaar ausgestattet ist.

Die Drain-Ader hilft, die Abstrahlung von Gleichtaktstörungen zu reduzieren. Dazu ist sie am jeweiligen Kabelende mit dem Schirm / Massesystem zu verbinden.

Abschließend sollte das Design des Übertragungswegs und die Signalqualität verifiziert werden:

  • Aufnahme und Überprüfung der Augendiagramme von LVDS Daten- und LVDS MCLK-Signal
  • Messung der Signalintegrität des unsymmetrischen (TTL-) MCLK Signals am LVDS Wandlerbaustein. Gegebenenfalls ist eine Optimierung des Signals durch Leitungsabschluss vorzunehmen.

phyCAM-S/S+ Referenzschaltplan für ein gehäuseinternes Kameramodul

Beispieldesign für abgesetzte phyCAM-S/S+ Kameramodule

Dieser Anwendungsfall ähnelt dem im letzten Abschnitt beschriebenen Szenario, jedoch soll hier die Kamera nicht im Gerätegehäuse platziert werden, sondern extern über ein Kabel verbunden werden können.

Der Steckverbinder verfügt jetzt über zwei zusätzliche Anschlüsse. Ein Anschluss ist auf Betriebsmasse (GND) aufgelegt, der zweite Verbindet SHIELD_CAM0 mit GND über eine RC-Kombination (R63, C155). Der (äußere) Schirm des Kabels kann, wie in diesem Beispiel, als „Pigtail“ ausgeführt. Als alternative kann auch ein vollständig geschirmter Steckerverbinder z.B. RJ45 eingesetzt werden, oder der Schirm auf mehrere Anschlüsse aufgeteilt werden.

Bild phyCAM-S/S+ Referenzschaltplan für ein abgesetztes Kameramodul  zeigt ein entsprechend erweitertes Schaltungsdesign. Die grundlegende Schaltung aus Bild phyCAM-S/S+ Referenzschaltplan für ein gehäuseinternes Kameramodul muss nur geringfügig abgeändert werden.

phyCAM-S/S+ Referenzschaltplan für ein abgesetztes Kameramodul

phyCAM-M

Designentwurf

Das phyCAM‑M – Interface ist, ähnlich phyCAM‑P, auf einen möglichst einfachen Schnittstellenentwurf hin ausgelegt, dabei aber ähnlich stark standardisiert wie phyCAM‑S. Es bietet daher dem Entwickler derzeit die größtmögliche Freiheit, die Anbindung an den Microcontroller hinsichtlich BOM-Kosten zu optimieren oder auf Kompatibilität und Skalierbarkeit zu bewahren. Der jeweilige Grad der Optimierung kann dabei selbst bestimmt werden.

Zu berücksichtigen sind im Wesentlichen folgende Aspekte:

phyCAM-M

kostenoptimiertes Design

kompatibles Design

Spannungsversorgung

Feste Spannung gemäß gewählter Kamera

Umschaltbare Spannung mittels VCC_SELECT (Pin 5)

Multipurpose-Pins
(CTRLx)

Verwendung gemäß Applikation und gewählter Kamera

Bedenken, dass Features der Kameras unterschiedlich sein können. Gegebenenfalls Jumper vorsehen.

Übersicht Designentwurf phyCAM-M

  1. Spannungsversorgung

    Die Versorgungsspannung VCAM kann bei verschiedenen Kameramodulen unterschiedlich sein (siehe Einzelbeschreibung der Kameramodule). Auf einem Basisboard, das beliebige phyCAM-Module unterstützt, muss daher eine umschaltbare Spannungsversorgung vorhanden sein. Über den Zustand von Pin 5 (hochohmig oder Ground) kann die erforderliche Spannung vom Basisboard erkannt und die Spannungsquelle automatisch umgeschaltet werden (siehe Bild phyCAM-M Referenzschaltplan).
    Wird lediglich ein bestimmtes Kameramodul berücksichtigt, kann die Kamera direkt aus einer vorhandenen Spannungsquelle gespeist werden.

  2. Multipurpose-Pins (CTRLx)

    Die verschiedenen Kameramodule der phyCAM-M – Serie bieten unterschiedliche Zusatzfunktionen entweder auf dem Kameramodul selbst oder über die CTRLx‑Pins des phyCAM-M – Steckverbinders. Diese Funktionen können sich von Kamera zu Kamera unterscheiden. Entsprechend ändert sich auch die Funktion der CTRLx‑Pins. Bei Festlegung auf ein bestimmtes Kameramodul können alle Sonderfunktionen der Kamera ausgeschöpft werden. Für ein flexibles Design empfehlen wir, möglichst wenige Sonderfunktionen zu verwenden. So minimieren Sie das Risiko, dass spätere Kameramodule eine von Ihnen verwendete Funktion nicht aufweisen und somit an Ihrem Applikationsboard nicht funktionieren. Gegebenenfalls können Polarität oder Qualifizierung eines Signals unterschiedlich sein (flanken-/zustandsgesteuert). Wir empfehlen, die CTRLx‑Pins über Pullup-Widerstände an GPIOs Ihres Designs anzubinden. Wenn Sie die Pins nicht benötigen, können die Anschlüsse auch unbeschaltet bleiben. 
    Beachten Sie, dass Sie gegebenenfalls Ihre Software an verschiedene Kamerafunktionen anpassen.

Kompatibilität der einzelnen phyCAM-M Module mit ihrer jeweiligen Standardbestückung:


VM-016

Special Features

Trigger

CTRL2

Strobe / Sync

CTRL1

Shutter

CTRL3

Standby

n/a

Kompatibilität zwischen phyCAM-M Modulen (Standardbestückung)

Power-Cycle

Komplexe Integrierte Schaltkreise, wie sie in Bildsensoren vorliegen, benötigen stets ein definiertes Power-On und Power-Off Sequencing. Die Versorgungsspannung muss beim Einschalten des Kameramoduls monoton ansteigen.

phyCAM-M Power-Cycle

phyCAM-M Power-Cycle

Timing Characteristics

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

VCAM to Reset Delay

t1

500

-

-

µs

VCAM Power-On Delay[5]

t2

-

100

-

ms

Reset durationt3500--µs
On MUdul Reset Delayt4-15-ms

phyCAM-M Power-Cycle Timing Characteristics

5.

The delay depends on the strength of the discharge of the network.

Allgemeine Designanforderungen

An den Spannungsversorgungspins (VCAM) muss eine Kapazität von ≈ 100 µF platziert werden. Außerdem sind 1x 100 nF und 1x 100 pF vorzusehen. Allgemein sollten die Kondensatoren mit niedriger Kapazität so gewählt werden, dass die Resonanzfrequenzen der Arbeitsfrequenzen des Kameramoduls entsprechen.

Ripple und hochfrequente Störungen auf der Ausgangsspannung können im aufgenommen Bild sichtbar werden. Ein Ferrit kann dazu betragen diese Störungen für die Versorgungsspannung des Kameramoduls zu blockieren.

Je nach verwendetem Kabel ist es möglich, das die Pinbelegung des phyCAM-M Steckverbinders im Schaltplan gespiegelt werden muss. Dies ist dann der Fall, wenn ein gleichseitig kontaktierendes Kabel verwendet wird.

Die differentiellen CSI-2 Signalleitungen sollten symmetrisch (Line-Skew ≤ 150 µm) und mit Ground als Bezugsplane (Z0 = 50 Ω, ZDIFF = 100 Ω) geroutet werden. Der Data-to-Clock-Line-Skew sollte ≤ 1500 µm betragen. Durchkontaktierungen (Via) sind zu vermeiden.

Zu beachten ist, dass bereits auf dem Controller und dem Kameramodul ca. je ein Drittel dieser Längendifferenzen aufgebraucht wurden. Bitte schauen Sie im Hardwaremanual des zugehöriogen Moduls nach der dort angegeben Leitungslänge und Skew.

Die maximale Leitungslänge des Busses sollte bei ca. 30 cm liegen. Die Längen auf dem Controller- und Kamera-Modul sind zu beachten.

Bespieldesign phyCAM-M

Dieser Abschnitt stellt den typischen Designentwurf für die phyCAM-M Schnittstelle vor.

Die Spannungsversorgung des Kameramoduls (VCC_CAM_M) erfolgt, gesteuert durch VCC_SELECT aus zwei umschaltbaren Spannungsquellen (U17, U18). Für ein definiertes Power-Sequencing wird die Schaltung um einen Entladezweig der Kameraversorgungsspannung (Q2, R81) ergänzt. In diesem Beispiel wird zunächst VCC_3V3 aktiviert und gesteuert über PWRGOOD_VCC_3V3 die übrigen Spannungsnetze der Applikationsplatine zugeschaltet. Solange PWRGOOD_VCC_3V3 auf LOW gehalten wird, wird VCC_CAM_M über Q2 und R81 entladen.

CAM_nRESET wird fest über eine RC Kombination (R84, C160, C163) gesteuert. D7 dient dem Entladen des Netzes im Falle eines Power-Cycle. Alternativ kann auch ein globales Reset-Signal der Applikationsplatine verwendet werden.

Die Pullup-Widerstände für den I²C Bus müssen auf der Applikationsplatine platziert werden. Eine Anpassung der Signalspannung ist nur dann notwendig, wenn die Versorgungsspannung der Logik (VCC_LOGIC) von 3,3 V abweicht.

An den Multipurposepins CTRLx sind Pullup-Widerstände vorgesehen da diese wenn sie auf dem Kameramodul als Ausgange vorgesehen sind, immer als Open-Drain ausgebaut sind. Dies erlaubt eine sehr einfache Adaptierung der Signalspannung an die Versorgungsspannung der Logik auf der Applikationsplatine.

Die Widerstandnetzwerke (RN13-17) dienen als Platzhalter für eventuell benötigte Common-Mode-Chokes. In der Regel ist es ausreichend auf die symmetrische und impedanzkontrollierte Leiterbahnführung mit Ground als Referenzlage zu achten.

phyCAM-M Referenzschaltplan

phyCAM-M Referenzschaltplan

phyCAM-L

Designentwurf

Das phyCAM‑L – Interface basiert auf der SerDes Kombination DS90UB953 und DS90UB954. Bitte beachten Sie die Layoutrichtlinien von TI, wenn Sie solch ein System auf Ihrem Basisboard eindesignen.

Übersicht Designentwurf phyCAM-L

  1. Spannungsversorgung
    1. Die Versorgungsspannung VPoC kann zwischen 4,5 und 13,2 Volt gewählt werden. Je nach Leistungsaufnahme der angeschlossenen Kamera ist es aber nicht möglich die Versorgungsspannung zu niedrig zu wählen, da ein Stromfluss von 750 mA nicht überschitten werden darf (siehe hierzu Einzelbeschreibung der Kameramodule). Insbesondere muss die Spannung höher ausgelegt werden, wenn am Kamerakopf weitere Leistung benötigt wird um z.B. eine Beleuchtung zu verwenden. Auf einem Basisboard, das beliebige phyCAM-Module unterstützt, sollte deswegen eine Spannung von 12 Volt gewählt werden.
  2. Bilddaten
    1. Das phyCAM-L Interface wird mittels des DS90UB954 auf ein MIPI CSI-2 Interface umgesetzt. Die Anzahl der Lanes kann hierbei frei gewählt werden. Der Datendurchsatz des verwendeten Kameramoduls muss beachtet werden. Für ein vollständiges phyCAM-L Interface werden 4 Lanes und eine Clock Lane benötigt.
  3. Referenz Clock
    1. Der Referenz Clock darf zwischen 23 und 26 MHz gewählt werden. Es ist zu beachten, dass sich durch ein variiren der Clock alle daraus abgeleiteten Taktraten verstellen. Hierzu gehört in der Regel auch der Master Clock des verwendeten Kameramoduls.
  4. Control Signale / GPIOs
    1. Für eine vollständige phyCAM-L kompatibilität werden vier Control Signale benötigt. Je nach Kameramodul oder benötigtem Funktionsumfang können diese entfallen. Die GPIOs müssen vor Verwendung korrekt konfiguriert werden (Datenblatt DS90UB954/DS90UB952).
      1. NameGPIO#Directionpreferred function
        CTRL1GPIO0OutputStrobe
        CTRL2GPIO2InputTrigger
        CTRL3GPIO1Output
        CTRL4GPIO3InputReset of the Cameramodule
  5. I2C
    1. Der I2C bus wird zum Konfigurieren des DS90UB954 benötigt. Sobald dieser korrekt konfiguriert wurde, wird der I2C Bus transparent zum Kameramodul durchgereicht. Die effektive Datenbandbreite ist aber um ca. 60% reduziert. Hierauf sollte bei einer starken Auslastung des Busses geachtet werden. Nähere Details entnehmen Sie bitte dem Datenblatt DS90UB954.
  6. Optionale Signale
    1. Das LOCK und PASS Signal können gemonitort werden und im Fehlerfall direkt einen Interrupt auslösen. Alternativ können diese Signale auch per I2C abgefragt werden. Nähere Details entnehmen Sie bitte dem Datenblatt DS90UB954.

Kompatibilität der einzelnen phyCAM-L Module mit ihrer jeweiligen Standardbestückung:


VM-017

Special Features

Trigger

CTRL2

Strobe / Sync

CTRL1

Shutter

CTRL3

Standby

n/a

ResetCTRL4

Kompatibilität zwischen phyCAM-L Modulen (Standardbestückung)

Power-Cycle

Komplexe Integrierte Schaltkreise, wie sie in Bildsensoren vorliegen, benötigen stets ein definiertes Power-On und Power-Off Sequencing. Die Versorgungsspannung muss beim Einschalten des Kameramoduls monoton ansteigen.

Timing Characteristics

Symbol

min.

typ.

max.

Unit

VCC and VPoC Ramp-Up Time

t0->t1-110ms

VCC to VPoC (Basisboard)

t0->t10--ms

VCC to Reset (Basisboard)

t1->t2

500

-

-

µs

Reset (Basisboard) to Reset (CTRL4)t1->t20--ms

On Cameramodul Reset Delay[6]

t2->t3
t6->t7

-10-ms

VPoC Power-On Delay[7]

t4->t5

-

100

-

ms

Reset duration (CTRL4)

t5->t6500--µs

phyCAM-L Power-Cycle Timing Characteristics

phyCAM-L Timing and Power-Cycle

6.

The reset is extended on the camera module.

7.

Required for final charging of the camera module.

Allgemeine Designanforderungen

Für die PoC Spannungsversorgung muss eine ausreichend starke Entkopplung vorgesehen werden (Siehe Datenblatt DS90UB954). Die Stromtragfähigkeit muss bei mindestens 750 mA liegen. Desweiteren ist auf einen geringen DCR der verwendeten Ferrite und Drosseln zu achten, damit die Spannungsschwankungen möglichts gering ausfallen. Ein entscheidenter Faktor spielt hierbei auch das verwendete Kabel. Durch die verwendeten DC Entkopplungskondensatoren wird das Nutzsignal des Links von der DC Spannungsversorgung (PoC) entkoppelt. Fallen die Spannungsschwankungen (Ripple/Noise) mit ausreichendem Pegel in den Frequenzbereich der Nutzdaten, kommt es zu Störungen auf dem Link. Es wird empfohlen einen maximale Hub der Schwankungen von 1,0 V (Peak-to-Peak) nicht zu überschreiten, dabei muss die maximale Flankensteilheit, im Bezug auf 1,0 Volt, größer 200µs betragen. Die PoC Spannung kann hierbei am Erweiterungsstecker des Kameramoduls gemessen werden.

Das verwendete Koaxialkabel benötigt eine Impedanz von 50 Ohm. Je nach verwendetem Kabel kann die Länge auch deutlich unterschiedlich ausfallen. Die maximale Einfügedämpfung der Übertragungsstecke soll laut TI 20 dB bei einer Frequenz von 2,1 GHz nicht übersteigen. Als Richtwert kann ein RG1.37 Kabel mit 2,54 dB/m und ein RG58 mit 0,64 dB/m angenommen werden. Connectoren mit 0,3 dB/m. Genaue Werte entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des verwendeten Kabels. Die Rückflussdämpfung muss laut TI mindestens -10 dB betragen.

Der differentiellen MIPI CSI-2 Bus muss symmetrisch (Line-Skew ≤ 150 µm) und mit Ground als Bezugsplane (Z0 = 50 Ω, ZDIFF = 100 Ω) geroutet werden. Der Data-to-Clock-Line-Skew muss ≤ 1500 µm betragen. Durchkontaktierungen (Via) sind zu vermeiden. Zu beachten ist, dass bereits auf dem Controller und dem Kameramodul ca. je ein Drittel dieser Längendifferenzen aufgebraucht wurden. Bitte schauen Sie im Hardwaremanual des zugehöriogen Moduls nach der dort angegeben Leitungslänge und Skew.

Die maximale Leitungslänge des MIPI CSI-2 Busses sollte bei ca. 30 cm liegen. Die Längen auf dem Controllermodul ist zu beachten.

Bespieldesign phyCAM-L

Dieser Abschnitt stellt den typischen Designentwurf für die phyCAM-L Schnittstelle vor.

Die Spannungsversorgung des Kameramoduls wird über VCC_POC generiert. Die Kapazitäten, Spule und Ferrite entkoppeln die Nutzdaten von der Spannungsversorgung.

Für ein definiertes Power-Sequencing muss die Schaltung um einen Entladezweig erweitert werden (Siehe phyCAM-M). In diesem Beispiel wird zunächst +3V3 und +1V8 aktiviert. VCC_POC wird anschließend hochgefahren.

Kann nicht sichergsetllt werden, dass die Resetfreigabe nach dem stabilen anliegen der +1V8 erfolgt, kann z.B. CAM_nRESET_3V3 über eine RC Kombination (R3, C25) zusätzlich verzögert werden. D2 dient dem schnellen Entladen des Netzes im Falle eines Power-Cycle.

Die SerDes Kombination arbeiten im "synchronous Mode". Hierzu wird die Beschaltung um R6, R7 und R11 benötigt.

Die Default I2C Adresse wird mittels R4 konfiguriert. Durch R5, R12 und Q1 ist es möglich eine alternativ Adresse zu konfigurieren. Das Konfigurieren muss vor der Resetfreigabe erfolgen. Alternativ kann die I2C Adresse per Software konfiguriert werden.

Die AC-Koppelkondensatoren C38, C37, C36 und C35 müssen vom Typ X7R sein und eine Nennkapazität von 33nF bzw. 15 nF aufweisen. Als Spannungsfestigkeit wird 50 V empfohlen.


phyCAM-L Referenzschaltplan

Hinweis

Unsere Produkte unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung. Bitte informieren Sie sich, Neueste Informationen finden Sie auf unserer Internetseite:

Das PHYTEC-Team berät sie gerne bei der Auswahl und Design-In.

Revisionshistorie

Datum

Version #

Änderungen in diesem Handbuch

01.03.2021

Manual L-867Bd.A0

Neue Version