VBOC(Video By One Cable/Connector/for Camera)インターフェース

VBOCはカメラリンクやSDI、CoaXPressを置き換える接続方式として提案されているギガビットインターフェース方式です。DCバランス信号ではないカメラリンク信号と比べて安定的な長距離伝送が可能であり、同軸ケーブルを前提としたSDIやCoaXPressよりも拡張性が高く、システムコストを抑えることが出来ます。下記センサカメラ構成イメージでは5mm×5mmのTHCV241AのみでMIPI®CSI-2信号をVBOC信号へ変換し、4Gbps相当の出力イメージをCat.7 LANケーブルで10m以上安定的に伝送することが出来ます。またFPGAと比較すると専用ICであるTHCV241Aは消費電力が低く抑えられるため、LANケーブルからの電力供給が可能であり、加えて発熱が少ないためイメージセンサの性能低下も抑えられます。


VBOC出力センサカメラ構成イメージ
 


ただしTHCV241Aには外部トリガ入力によるストロボ信号などの各種タイミング生成回路が含まれていないため、これらの処理のために安価なCPLDを使用しています。何れにしてもカメラリンクにおけるFPGAとSDR26コネクタ×2個構成と比べるとVBOC構成では5mm×5mmのデバイス2個と小型の産業用LANコネクタ(ヒロセ電機 IXシリーズ Bタイプ)1個で構成できるため部品の専有面積が大幅に削減されます。

図1ではLANケーブルの仕様を前提としてヒロセ電機製IXコネクタを使用していますが、カメラリンクで使用されているコネクタ・ケーブルの使用を前提とした場合、VBOCでは下記が特徴が挙げられます。

VBOCにおけるSDR/MDRコネクタ・ケーブル使用時の特徴

    ・差動8対で25Gbps
    ・既設カメラリンクケーブルをそのまま流用可能
    ・フレームグラバ側はカメラリンクレシーバICをTHCVレシーバICに置き換えるのみ
 

VBOC信号リピータ、シグナルコンディショナ、スイッチ

VBOC信号のリピータとしてTHCV2911A/B、2:1/1:2スイッチとしてTHCV2712がラインナップされています。リピータ製品にはシグナルコンディショナとしてのイコライザが搭載されており、ケーブルの延長や細径ケーブルでの安定した伝送を可能にします。
下図は20mケーブルを通過したことにより減衰した2.23GbpsのVBOC信号をシグナルコンディショナであるTHCV2911で補正した例です。
 


シグナルコンディショナ”THCV2911B”による2.23Gbps波形補正
 

この例ではトランスミッタに搭載された6dBのプリエンファシスに加え、THCV2911Bのイコライザ(2pass)を通過させることにより、-25dB以上のケーブルによる減衰を補正し、レシーバの受信に必要十分なアイ開口を得ています。

カメラリンクにおけるリピーターデバイスはケーブル中継器としての用途が一般的でしたが、VBOCのリピータデバイスは4.5mm×2.5mmと非常に小型のため、中継器としての用途に加えて、部品実装面積が限られるフレームグラバ入力部にイコライザとして搭載することが出来ます。この場合、後段のTHCVレシーバにもイコライザ機能が搭載されているため、THCV2911BとTHCVレシーバ双方でイコライザによる波形等価処理が行われます。これにより図7の例よりも高速な信号や長いケーブルに対応することが可能になります。
 


フレームグラバ入力部へのシグナルコンディショナ搭載による3.4Gbps@20m伝送
 

下図はVBOCカメラ セレクタ・リピータの例です。THCV2712は2:1、1:2のスイッチ機能、入力部にイコライザ、出力部に振幅選択機能を搭載しておりシグナルコンディショナ付きスイッチとして機能します。THCV2712の外形は5mm×5mmと非常に小型であり、加えてVBOCは省配線のため、カメラリンクに比べ小型のセレクタ・リピータ基板を作製することが出来ます。
 


イコライザ搭載スイッチ”THCV2712”によるカメラ セレクタ・リピータ 基板例
 

デイジーチェーン接続

Web検査など測定対象物を複数のカメラで撮像する場合、デイジーチェーン接続にすることでカメラ間の接続を短いケーブルで接続し、カメラとフレームグラバ間の接続ケーブルを1本にすることが出来ます。

下図の例ではVBOCリドライバ”THCV2911B”を搭載したカメラが、前段カメラの画像を後段カメラ若しくはフレームグラバへ出力します。見掛け上1本のケーブルで接続されますが、各カメラ映像はカメラリンクケーブル内で各々別のツイストペア線に割り振られているため、一般的なデイジーチェーン接続のように各カメラでのラインバッファやフレームバッファを使用した同期機能を必要としません。
 


VBOCカメラのデイジーチェーン接続
 

CAM1からCAM4のトリガ信号が各々CC1からCC4に割り当てられています。それぞれのカメラ用トリガ信号以外はCPLDでリピートして次段のカメラへ伝搬します。フレームグラバからトリガ信号が出力されてから各カメラがトリガ信号を受け取るまでの時間差はCPLD遅延時間+ケーブル遅延時間となり、CAM1とCAM4でのトリガ入力時間差はおおよそ数十ns程度になってしまいますが、これはCPLDの代わりにLVDSバッファを配置することで数nsecに抑えることが出来ます。

画像信号の伝送遅延差に関しては、同軸ケーブルなどの同一線路を用いたデイジーチェーン接続の場合、先ず各カメラ内で前段カメラからの入力画像をバッファリングしてから時分割方式でで各カメラの画像を送るためフレームグラバにおける各カメラ画像入力に大きな遅延時間差が生じます。加えて4カメラ分の画像を伝送するのに必要なビットレートでの伝送となり、ケーブルに対して高い性能が要求されます。

対してVBOCデイジーチェーン方式の場合、各カメラ画像の遅延時間差はTHCV2911の遅延時間約150ps+ケーブル遅延量で決まり、フレームグラバ受信時のCAM1とCAM4の画像信号遅延時間差は数nsecに納まります。また電気的には各カメラ画像が異なるツイストペア線で伝送されるため伝送ビットレートが1カメラ分の帯域に抑えられ、ケーブルに対する性能要求が比較的低く抑えられます。

またVBOCデイジーチェーンカメラではカメラ間は非同期のため、必ずしも同じカメラである必要はありません。カメラを入れ替えた場合でもユーザが各カメラの順序設定を変えることなく、フレームグラバ入力端子では近い方から順にCAM1/2/3/4としてVA0,VA1,VB0,VB1に割り振られます。

※上記で示されるシステムイメージやケーブル長は目安であり、お客様環境での性能を保証するものではありません。ご使用に際しては、お客様環境下にて十分にご検討・ご評価の上でご使用ください。