Bis zur Ratifizierung des CoaXPress-2.0-Schnittstellenstandards mit 12,5 Gbit/s im vergangenen Jahr hatten Bilderfassungslösungen für die industrielle Bildverarbeitung die Förderbänder als wesentliches Hindernis für einen schnelleren Durchsatz in Fertigungslinien abgelöst. Jetzt unternimmt Microchip Technology den nächsten Schritt, um das volle Potenzial von CoaXPress (CXP) in der Fertigung mit den ersten Single-Chip-PHY-Schnittstellen-ICs auszuschöpfen.
Die Bausteine optimieren die Entwicklung von Bildverarbeitungssystemen, maximieren die Übertragungsgeschwindigkeit und vereinfachen damit die Abläufe in hochvolumigen Abfüllbetrieben, bei der Lebensmittel- und industriellen Inspektion sowie in bildgebenden Anwendungen.
Gesteigerter Datendurchsatz bei der Bildverarbeitung
„Wir haben mit der Standardisierungsorganisation Japan Industrial Imaging Association (JIIA) und unseren Hauptkunden zusammengearbeitet, um unser Angebot rund um CXP zu optimieren, damit sich die Vorteile der Spezifikation in der Fertigung voll ausschöpfen lassen“, erklärt Matthias Kaestner, Vice President der Automotive Infotainment Systems Business Unit bei Microchip. „Unsere Übertragungslösungen mit geringer Latenz und niedrigem Stromverbrauch enthalten einen Equalizer, Kabeltreiber und Taktrückgewinnung in einem einzigen Chip, mit dem Hersteller von Kameras und Bilderfassungskarten schnelles, hochauflösendes Video und Steuersignale zusammen mit Strom über ein einziges Koaxialkabel bereitstellen können.“
Die CoaXPress-Bausteine der Serie EQCO125X40 setzen als erste den CXP-2.0-Standard um – ausgehend von einem neuen abwärtskompatiblen Design, einer integrierten Taktrückgewinnung (CDR, Clock Data Recovery) bei allen Geschwindigkeitsstufen und einem kameraseitigen Taktgeber, um die Anforderungen realer Umgebungen zu erfüllen. Die Bausteine erhöhen den Datendurchsatz bei der Bildverarbeitung erheblich, indem Kameras und Bilderfassungskarten vier- bis achtmal schneller übertragen als andere Lösungen.
Darüber hinaus ermöglichen die Bausteine die vierfache Kabel-/Verbindungslänge bei einem viel geringeren Stromverbrauch und einer Latenzzeit nahe null.
Mehr Verkabelungsoptionen
Die Serie erhöht auch die Designtoleranzen und die Flexibilität, indem alle Frequenzen bei jeder Geschwindigkeit (von CXP-1 bis CXP-12) nahtlos erfasst werden, was mehrere Kanäle überflüssig macht, da 12,5 Gbit/s Bandbreite über ein einziges Kabel unterstützt werden. Breitere Verkabelungsoptionen stellen sicher, dass Systeme nach Bedarf installiert werden können, und der integrierte CDR verbessert die Jitter-Performance für das von der Kamera an die Bilderfassungskarte gesendete Signal.
Durch die kamerainterne NF-Taktrückgewinnung muss kein separater Takt im FPGA programmiert werden. Hinzu kommt eine integrierte Prüfung der Verbindungssignalintegrität, mit der das System die Integrität der Kabelverbindung vor und während des Betriebs in Echtzeit überprüft.
Für Hersteller von Bilderfassungskarten machen die CoaXPress-Bausteine es einfacher und kostengünstiger, robustere Produkte zu entwickeln, die Hersteller überall dort in der Fertigung einsetzen können, wo sie sie benötigen. Mit diesen Bausteinen lassen sich Qualitätstests vor dem Einrichten von Anlagen und von Kabelverbindungen in Echtzeit durchführen, um Nutzern robustere und umfassendere Lösungen zu bieten. Es besteht auch die Möglichkeit, über mehrere Kabel bis zu 50 Gbit/s zu skalieren.
„Die neue CXP-12-Familie bietet unseren neuesten Produkten eine kompakte Single-Chip-Equalizer-Lösung mit einer geringen Anzahl an Bauelementen, mit der sich die CoaXPress-Spezifikation für Rückflussdämpfungen problemlos erfüllen lässt“, sagt Chris Beynon, CTO bei Active Silicon. „Die Bausteine verfügen auch über eine elegante Funktion, mit der sich Leitungsmargen in Echtzeit testen lassen, um Alterung oder verschlissene Kabel zu erkennen, bevor im normalen Betrieb Bitfehler auftreten.“
Mit den CXP-ICs können Hersteller den gleichen Durchsatz über zwei Kamera- und Framegrabber-Ports erzielen wie bisher mit vier Ports. Die Bausteine können einen Echtzeit-Niederfrequenz-(NF-)Takt auf der Kameraseite abrufen, was eine genauere Signaltaktung ermöglicht. Auch ein Einsatz als Kabelverstärker ist möglich, um die Entfernungen zu verlängern, über die sich Kameras miteinander verbinden lassen. Aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs eignen sich die Bausteine auch für kleinere, leistungsfähigere Bilderfassungslösungen, die den Kundennutzen steigern und dennoch einfacher und kostengünstiger zu entwickeln sind.
„Mit den CXP-ICs unterstützen wir unsere Nachfrage nach einer Verdoppelung des Datendurchsatzes bei gleichbleibenden Systemkosten“, sagt Andre Jacobs, Director Marketing and Sales bei Adimec. „Die JIIA freut sich, dass jetzt stromsparende und hochleistungsfähige CoaXPress-2.0-Lösungen verfügbar sind, die der kürzlich veröffentlichte CoaXPress-2.0-Spezifikation entsprechen“, erklärt Sachio Kiura, Vorsitzender der Japan Industrial Imaging Association.
Weitere Anwendungsgebiete der Bausteine
Neben Funktionen, die dazu beitragen sollen, die Einführung leistungsfähigerer und kostengünstigerer Bildverarbeitungslösungen in der industriellen Inspektion zu beschleunigen, erwartet der Anbieter, dass seine CoaXPress-2.0-Bausteine einen ebenso großen Einfluss auf Anwendungen wie Verkehrsüberwachung, Überwachung und Sicherheit, medizinische Inspektionssysteme und Embedded-Bildverarbeitungslösungen haben werden. Die Baureihe ist Teil eines umfangreichen Angebots, das die Anforderungen bei der Entwicklung von Gesamtsystemlösungen abdeckt.
Dazu zählen auch die 12-Gbit/s-PolarFire-FPGAs, die das CoaXPress-Protokoll mit minimalem Entwickleraufwand unterstützen und gleichzeitig eine Lösung mit geringem Stromverbrauch, niedriger Latenz und wenig Platzbedarf ermöglichen. Für die CoaXPress-2.0-Familie (Sender, Empfänger und Repeater) stehen Evaluierungsboards für die Entwicklungsarbeit zur Verfügung. Die CoaXPress-2.0-Serie umfasst einen kameraseitigen Sende-IC und drei Single-Chip-Transceiver. Jeder Baustein wird im 16-poligen QFN-Gehäuse (Quad-Flat No-Leads) ausgeliefert und ist abwärtskompatibel zur CoaXPress-1.1-Serie.
