工业摄像机与传感器领域 以太网技术优势明显

　　以太网起初是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，使用载波监听多路访问及冲突检测技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上，以太网与IEEE802.3系列标准相类似。除了在工业控制自动化网络领域已广泛普及外，以太网的应用也继续扩大到更多工厂的器件和传感器层。针对工业摄像机和传感器的应用，考虑采用基于以太网的连接而放弃模拟或 LVDS 等传统方法的原因可能并不明显。如图 1 所示，摄像机和中央单元的处理成本较高。然而，许多关键要素最终仍为汽车制造商提供了更低的成本和更高的性能。

　　

　　图 1. 摄像机耗费成本

　　采用低成本非屏蔽线缆可显著降低线缆的成本。此外，基于标准的 100BASE-TX 以太网也无需再使用有源以太网 （PoE） 提供的额外的电力电缆。然而，要了解以太网的真正价值，必须通过简单的材料清单看到更深的层次。一个连接办公室、程序、控制和器件层的单一公用网络即可以远程方式识别、监视和控制网络上的每一个器件。这不但可大幅提高管理效率，降低操作成本，还能显著降低甚至消除更多明显的机器故障风险。

　　摄像机挑战

　　对设计师而言，任何传感器或摄像机应用都面临一些共同的关键挑战；小尺寸，面向工业和汽车应用的摄像机和传感器市场的发展，催生了越来越多的空间限制要求；低功耗，摄像机传感器产生的热噪声会直接影响图像质量。在缺乏所需空间限制的情况下，改善热功耗和更低的功率对达到所需性能至关重要，低噪耗，和热噪声一样，电噪声也会降低传感器图像的质量。此外，还必须在最好不使用高成本线缆（例如，光纤电缆或屏蔽线缆等）的前提下达到工业 EMC 的排放要求；高可靠性，能够在极端恶劣的环境下提供必要性能。

　　为证明标准以太网能符合摄像机系统的需求，麦瑞找来了汽车传感器专业厂商 Silicon Micro Sensors GmbH（First Sensor AG 移动业务部）共同针对要求最严格的应用，设计出一款小尺寸的“即可投产”的汽车和工业级解决方案；1.百万像素 （720p） 级高动态范围 （HDR） 摄像机 ；2.视野范围在 55° 到 190° 之间；3.MJPEG 视频压缩；4.以太网 AVB 兼容比特流（MJPEG 或 UDP）；5.支持有源以太网；6.在低成本非屏蔽双绞线上的速度可超过 100Mbps；7.达到 IP68 / IP6k9 标准，防水、防刮、防雾；下方图 2 所示的麦瑞/SMS 解决方案基本功能方块图，在所有标准以太网摄像机设计中非常普遍。

　　

　　图 2. 以太网摄像机功能方块图

　　解决方案提供 Omnivision OV10635 或 Aptina AR0132AT 图像传感器等两种选择。飞思卡尔 MPC5604 处理器可根据输入的 YUV 数字图像数据进行 MJPEG 压缩，并通过 MII（媒体独立接口）连接到麦瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE？ 100BASE-TX 以太网 PHY。麦瑞 DS1001 MEMs 振荡器提供系统定时。电源管则由经过优化的有源以太网络进行管理。以太网物理层可提供一系列可满足摄像机系统需求的优势。

　　最少材料清单和小尺寸

　　采用标准的汽车以太网解决方案的一大优势在于，可提供独立于应用的最少标准材料清单，如下图 3 所示。这提供了可超越任何汽车特定解决方案的规模经济效益，并可形成多供货商模式，使选择面更广，成本更低。

　　

　　图 3. 标准以太网材料清单

　　物理层由尺寸仅有 5mm x 5mm 的麦瑞 KSZ8061 Quiet-WIRE？ 100BASE-TX 以太网收发器提供。必须确保最低限度的电源滤波，且 PHY 收发器和磁性组件之间的线路接口不需要额外的无源器件，这可在提高信号完整性的同时降低成本和缩小 PCB 板上的空间。另外也可以使用标准以太网磁性组件。近年来，以太网磁性组件已大为普及。在此，我们采用了 TDK 最新推出的汽车和工业以太网磁性组件。ALT4352 系列可支持表面贴装技术；以绕线机绕制且尺寸更小的解决方案，最大高度仅2.9mm，非常适合空间有限的摄像机模块。绕线机绕制磁性的组件不但可以降低成本，准确性也更高（相对传统手绕线圈组而言），并可提供功能更强且始终如一的性能。