THine Value MIPI카메라의 케이블 연장 설계시간을 대폭적으로 단축한다. 카메라 SerDes 스타터 키트
2022.10.25
- 기사
- 칼럼
카메라 기능이 있는 산업기기는 적지않다. 대표적으로 공장 제조라인 검사 및 측정장치, 시큐리티, 의료기기, 물류 반송시스템 등을 예로 들을수 있을것이다.또한, 최근에는 카메라 기능을 탑재한 자동판매기도 등장하고 있다.
그러한 카메라기능이 들어간 산업기기를 개발하는 엔지니어들의 고민중 하나가 바로 카메라 인터페이스의 선택과 인터페이스의 취급방법일 것이다. 산업기기는 사이즈가 비교적 크기 때문에 카메라 모듈에서 출력되는 영상데이터의 전송거리를 늘려주고 싶을때가 있다. 그런데 카메라 시스템 분야에서 폭넓게 이용되기 시작한 MIPI CSI-2는 고속대응 및 저소비전력이라는 강점을 가진 반면, 전송거리는 길어봐야 30cm정도밖에 되지 않는다. 이로인해, 어떤 방법을 강구해서 전송거리를 늘려줘야만 할 필요성이 대두 되었다.
어떤방법을 사용하면 좋을까? 그 방법중 하나가 장거리전송 대응이 가능한 SerDes （서데스, 시리얼라이저”Serializer”와 디시리얼라이저”Deserializer”를 조합한 용어）를 활용하는 방법이다. 구체적으로는 연장하고 싶은 전송로의 앞뒤에, 다시말해 카메라 모듈쪽에는 트랜스미터 IC를, 카메라에서 취득한 영상을 받는 시스템쪽에는 리시버IC를 배치함으로써 케이블 연장을 늘릴수 있게된다（그림1）
하지만, 여기서 한가지 문제에 봉착한다. 그것은「어떻게 설계 초기단계에서 카메라 시스템의 충분한 전송거리와 동작등을 확인할지?」라는 문제이다.
하드웨어, 소프트웨어를 준비하고, 설계 및 시제품을 진행한후 성능확인 시점에서 제대로 움직이지 않거나 전송거리가 부족하다… 라는것이 판명되면 다시 설계를 해야 만 한다. 이렇게 해서는 많은시간과 비용이 비효율적으로 되고 만다.
그러한 카메라기능이 들어간 산업기기를 개발하는 엔지니어들의 고민중 하나가 바로 카메라 인터페이스의 선택과 인터페이스의 취급방법일 것이다. 산업기기는 사이즈가 비교적 크기 때문에 카메라 모듈에서 출력되는 영상데이터의 전송거리를 늘려주고 싶을때가 있다. 그런데 카메라 시스템 분야에서 폭넓게 이용되기 시작한 MIPI CSI-2는 고속대응 및 저소비전력이라는 강점을 가진 반면, 전송거리는 길어봐야 30cm정도밖에 되지 않는다. 이로인해, 어떤 방법을 강구해서 전송거리를 늘려줘야만 할 필요성이 대두 되었다.
어떤방법을 사용하면 좋을까? 그 방법중 하나가 장거리전송 대응이 가능한 SerDes （서데스, 시리얼라이저”Serializer”와 디시리얼라이저”Deserializer”를 조합한 용어）를 활용하는 방법이다. 구체적으로는 연장하고 싶은 전송로의 앞뒤에, 다시말해 카메라 모듈쪽에는 트랜스미터 IC를, 카메라에서 취득한 영상을 받는 시스템쪽에는 리시버IC를 배치함으로써 케이블 연장을 늘릴수 있게된다（그림1）
그림1. 장거리 전송용 인터페이스를 통해 케이블을 연장
하지만, 여기서 한가지 문제에 봉착한다. 그것은「어떻게 설계 초기단계에서 카메라 시스템의 충분한 전송거리와 동작등을 확인할지?」라는 문제이다.
하드웨어, 소프트웨어를 준비하고, 설계 및 시제품을 진행한후 성능확인 시점에서 제대로 움직이지 않거나 전송거리가 부족하다… 라는것이 판명되면 다시 설계를 해야 만 한다. 이렇게 해서는 많은시간과 비용이 비효율적으로 되고 만다.
설계 초기단계때 최적화된 평가키트가 없었다.
이러한 사태를 막기 위해서는, 설계 초기단계때부터 미리 동작확인 및 전송능력의 평가를 실시해보는것이 이상적이다. 다시말해 채용예정인 이미지센서를 탑재한 카메라 모듈이나 트랜스미터IC, 리시버IC, 케이블등을 실제로 조합한후 영상신호를 전송해 봄으로써 문제없이 동작은 하는지, 필요로 하는 거리는 보낼수 있었는지등을 확인 하는것이다.
SerDes제품이 라인업 된 반도체 회사는 이러한 사전평가를 서포트하기 위해 평가보드 를 제공하고 있다. 예를들면 당사（자인일렉트로닉스）는 트랜스미터 IC「THCV241A」 를 탑재한 평가보드와 리시버IC「THCV242A」를 탑재한 평가보드를 각각 제공하고 있다. 하지만 이 평가보드는, 설계 초기단계에서 활용하려고 해도, 그리 간단하지는 않다. 평가 착수 전단계에서 하드웨어와 소프트웨어 모두 많은 공수를 필요로 하게된다.
SerDes제품이 라인업 된 반도체 회사는 이러한 사전평가를 서포트하기 위해 평가보드 를 제공하고 있다. 예를들면 당사（자인일렉트로닉스）는 트랜스미터 IC「THCV241A」 를 탑재한 평가보드와 리시버IC「THCV242A」를 탑재한 평가보드를 각각 제공하고 있다. 하지만 이 평가보드는, 설계 초기단계에서 활용하려고 해도, 그리 간단하지는 않다. 평가 착수 전단계에서 하드웨어와 소프트웨어 모두 많은 공수를 필요로 하게된다.
평가 전단계에서 하드웨어와 소프트웨어의 개발이 필요
구체적으로 어떤 공수가 필요한걸까?
우선, 하드웨어 관점에서 현재의 평가보드는 특정시장, 어플리케이션을 고려하지 않은 보드의 사양이므로 범용성이 높다. 예를들면, MIPI CSI-2 입출력 커넥터에는 핀헤더를 채용하고 있어, 공작하기 편한 이점이 있는 반면, 공작하지 않고 그대로 접속가능한 카메라 모듈과 화상처리 플랫폼은 기본적으로 존재하지 않는다. 더욱이, 장거리 전송에 V-by-One HS 입출력 커넥터도 범용성이 높은 SMA커넥터를 채용하고 있어, 유저가 임의의 커넥터로 변환하는 보드작성 및 접속에는 편리한 사양이지만 SMA커넥터에 접속해서 장거리 전송하는 케이블은 드물다. 따라서, 유저가 사전 평가를 위해 특정 기기나 케이블을 접속하려고 해도, 하드웨어 공작은 피할수 없는 작업이 된다.
다음으로, 소프트웨어 관점에서 카메라모듈, SerDes, 화상처리 플랫폼 모두를 동작 시키기 위해서는 설정작성 및 환경구축이 필요하다. 트랜스미터IC, 리시버IC를 예로 들어보면, 영상신호의 데이터 전송속도 및 영상신호, 제어신호의 전송로 구성에 맞춰서 레지스터 코드를 기술할 필요가 있다. 통상적으로, 설계후의 재작업을 줄이기 위해서 사전평가라는것을 진행하지만, 이렇게 사전평가를 위해 많은 리소스를 할애한다면 본래 취지에서 벗어난 상황이 되고 말것이다.
우선, 하드웨어 관점에서 현재의 평가보드는 특정시장, 어플리케이션을 고려하지 않은 보드의 사양이므로 범용성이 높다. 예를들면, MIPI CSI-2 입출력 커넥터에는 핀헤더를 채용하고 있어, 공작하기 편한 이점이 있는 반면, 공작하지 않고 그대로 접속가능한 카메라 모듈과 화상처리 플랫폼은 기본적으로 존재하지 않는다. 더욱이, 장거리 전송에 V-by-One HS 입출력 커넥터도 범용성이 높은 SMA커넥터를 채용하고 있어, 유저가 임의의 커넥터로 변환하는 보드작성 및 접속에는 편리한 사양이지만 SMA커넥터에 접속해서 장거리 전송하는 케이블은 드물다. 따라서, 유저가 사전 평가를 위해 특정 기기나 케이블을 접속하려고 해도, 하드웨어 공작은 피할수 없는 작업이 된다.
다음으로, 소프트웨어 관점에서 카메라모듈, SerDes, 화상처리 플랫폼 모두를 동작 시키기 위해서는 설정작성 및 환경구축이 필요하다. 트랜스미터IC, 리시버IC를 예로 들어보면, 영상신호의 데이터 전송속도 및 영상신호, 제어신호의 전송로 구성에 맞춰서 레지스터 코드를 기술할 필요가 있다. 통상적으로, 설계후의 재작업을 줄이기 위해서 사전평가라는것을 진행하지만, 이렇게 사전평가를 위해 많은 리소스를 할애한다면 본래 취지에서 벗어난 상황이 되고 말것이다.
화면 나오는 상태에서 검토를 개시할수 있다.
당사는, 산업기기에 들어가는 카메라에 있어서, SerDes에 걸리는 시간과 비용을 줄이는데 주안점을 둔「MIPI카메라SerDes스타터 키트」라는것을 준비하였다. 하드웨어 구성은, V-by-One HS가 대응되는 트랜스미터IC「THCV241A」를 탑재한 송신보드와, 리시버IC「THCV242A」를 탑재한 수신보드, RJ-45커넥터를 사용한 이더넷 케이블이다. 송신보드에 대응하는 카메라 모듈을, 수신보드에 지정 그래버 보드（화상처리 장치）를 각각 연결하여 송신보드와 수신보드 사이를 이더넷 케이블로 접속하여 사용（그림２）
이 키트를 이용하면, 하드웨어 및 소프트웨어면에서의 개발 환경구축에 공수를 줄일수 있으며, 처음부터 화면이 나오는 상태에서 SerDes평가에 착수할수 있게 된다.
그럼, 어떻게 해서 화면이 나올때까지 하드웨어, 소프트웨어의 개발 환경구축이 불필요 해졌는지를 설명해보자.
우선 하드웨어 측면에서는, 대응가능한 시판중인 카메라모듈과 화상처리 환경을 지정하여 접속할 송신보드, 수신보드의 커넥터를 미리 맞춘다. 다음으로, 소프트웨어면 에서는 그 동작에 필요한 소프트웨어를 확보（※당사 또는 3rd party에서 제공）함 으로써 유저쪽에서의 준비가 불필요해졌다. 대응가능한 시판 카메라 모듈로는 시키노 하이테크의 130만（1.3M）화소제품과 독일 FRAMOS사의 200만（２M）화소제품과, 500만（５M）화소제품、800만（８M）화소제품의 총4가지 제품을 라인업 하였다 （그림３） 모든제품은 산업기기용 카메라 모듈로 제공된 제품이다. 화상처리 환경 으로서 그래버 보드는 중국의DOTHINKEY사 제품을 이용하였다. 동사의 그래버 보드는 중국시장에서 많이 사용되고 있고, 가격 대비 성능(코스트 퍼포먼스)에 정평이 나 있다.
또한 송신보드와 수신보드 양쪽에 탑재되는 장거리 전송케이블 커넥터는 산업기기분야 에서 많이 사용되고 있는 RJ-45를 채용하였다. RJ-45를 이용한 이더넷 케이블은 입수성이 좋고, CAT6, CAT7이라고 하는 복수의 전송품질 Grade케이블을 하나씩 입수하는것도 용이하다. 케이블 길이에 대해서는 라인업이 풍부할뿐 아니라 상정한 길이의 케이블을 비교적 쉽게 공작할수 있다는 점도 전송 평가하는데 있어서 좋은점 이다. 그리고 본키트에는 동작확인용 케이블이 동봉되어 있다.
유저는 본키트를 활용함으로써 영상이 나오는 상태부터 SerDes사전평가 및 이더넷 케이블을 바꿔가면서 전송능력 확인및 케이블 초기검토등을 진행할수 있게 된다. 특히 유저가 양산설계에서도 RJ-45커넥터, 이더넷 케이블을 적용할 경우에는, 유효성 높은 평가결과를 얻을수 있게 된다.
이 키트를 이용하면, 하드웨어 및 소프트웨어면에서의 개발 환경구축에 공수를 줄일수 있으며, 처음부터 화면이 나오는 상태에서 SerDes평가에 착수할수 있게 된다.
그림２ 「카메라용 SerDes스타터 키트」시스템 구성
그럼, 어떻게 해서 화면이 나올때까지 하드웨어, 소프트웨어의 개발 환경구축이 불필요 해졌는지를 설명해보자.
우선 하드웨어 측면에서는, 대응가능한 시판중인 카메라모듈과 화상처리 환경을 지정하여 접속할 송신보드, 수신보드의 커넥터를 미리 맞춘다. 다음으로, 소프트웨어면 에서는 그 동작에 필요한 소프트웨어를 확보（※당사 또는 3rd party에서 제공）함 으로써 유저쪽에서의 준비가 불필요해졌다. 대응가능한 시판 카메라 모듈로는 시키노 하이테크의 130만（1.3M）화소제품과 독일 FRAMOS사의 200만（２M）화소제품과, 500만（５M）화소제품、800만（８M）화소제품의 총4가지 제품을 라인업 하였다 （그림３） 모든제품은 산업기기용 카메라 모듈로 제공된 제품이다. 화상처리 환경 으로서 그래버 보드는 중국의DOTHINKEY사 제품을 이용하였다. 동사의 그래버 보드는 중국시장에서 많이 사용되고 있고, 가격 대비 성능(코스트 퍼포먼스)에 정평이 나 있다.
그림3. 대응 카메라 모듈 라인업
또한 송신보드와 수신보드 양쪽에 탑재되는 장거리 전송케이블 커넥터는 산업기기분야 에서 많이 사용되고 있는 RJ-45를 채용하였다. RJ-45를 이용한 이더넷 케이블은 입수성이 좋고, CAT6, CAT7이라고 하는 복수의 전송품질 Grade케이블을 하나씩 입수하는것도 용이하다. 케이블 길이에 대해서는 라인업이 풍부할뿐 아니라 상정한 길이의 케이블을 비교적 쉽게 공작할수 있다는 점도 전송 평가하는데 있어서 좋은점 이다. 그리고 본키트에는 동작확인용 케이블이 동봉되어 있다.
유저는 본키트를 활용함으로써 영상이 나오는 상태부터 SerDes사전평가 및 이더넷 케이블을 바꿔가면서 전송능력 확인및 케이블 초기검토등을 진행할수 있게 된다. 특히 유저가 양산설계에서도 RJ-45커넥터, 이더넷 케이블을 적용할 경우에는, 유효성 높은 평가결과를 얻을수 있게 된다.
레퍼런스 디자인으로서의 스타터 키트
SerDes사전평가에 있어서, 실현성이 확인 가능하면, 그 이후는 유저안건 베이스의 설계 작업으로 이행하게 된다. 즉 「양산설계」로의 이행이다. 이 설계 작업에서도 본키트가 활약을 한다.
당사는 본키트에 동봉하는 송수신 보드의 회로그림, BOM（부품표）및「THCV241A」 「THCV242A」레지스터 코드도 유저에 제공한다. 그렇게 함으로써 화면이 나오는 상태 의 하드웨어/소프트웨어 환경이 데이터와 하나가 되어 「영상이 나오는 정답」으로서, 양산설계시의 레퍼런스 디자인에도 기능을 하게된다. 유저는「정답」과 임의설계를 비교하며 확인할수 있어, 검증시 디버그도 쉬워진다.
당사는 본키트에 동봉하는 송수신 보드의 회로그림, BOM（부품표）및「THCV241A」 「THCV242A」레지스터 코드도 유저에 제공한다. 그렇게 함으로써 화면이 나오는 상태 의 하드웨어/소프트웨어 환경이 데이터와 하나가 되어 「영상이 나오는 정답」으로서, 양산설계시의 레퍼런스 디자인에도 기능을 하게된다. 유저는「정답」과 임의설계를 비교하며 확인할수 있어, 검증시 디버그도 쉬워진다.
양산설계 이행을 백업, GUI레지스터 생성 Tool
본키트의 구성으로「THCV241A」,「THCV242A」레퍼런스 레지스터 코드 및 레지스터 코드의 자동생성이 가능한 전용GUI（Graphical User Interface）Tool 제공도 동시에 시작하였다（그림４） 이 GUI Tool을 사용하면 유저가 선택한 임의의 카메라 모듈이나 주변기기 구성에 대응하는 레퍼런스 레지스터 코드를 자동생성 할수가 있다. 종래에는 데이터시트나 어플리케이션, 레지스터 맵을 보면서 처음부터 코드 기술하는 작업이 필요했었는데, 이 GUI Tool을 사용하면 그러한 작업부담을 대폭적으로 줄일수 있다.
지금까지 언급한 프로세스를 정리한것이 그림５ 이다. 스타터 키트는 유저의SerDes 도입 프로세스를 단계적으로 분해함으로써, 그 장벽을 내리는것에 도전하고 있다.
그림４ GUI레지스터 생성 Tool
지금까지 언급한 프로세스를 정리한것이 그림５ 이다. 스타터 키트는 유저의SerDes 도입 프로세스를 단계적으로 분해함으로써, 그 장벽을 내리는것에 도전하고 있다.
그림５ 스타터 키트가 제공하는 SerDes개발 프로세스
금후, 카메라 요구에 대응하는 다양한 라인업을 전개예정
스타터 키트에서는 디폴트 상태의 정상동작을 확보하기 위해, 카메라 모듈, 케이블 （커넥터, 하네스）, 그래버 보드등과 같은 구성으로 미리 정하였다. 그 결과 대응 가능한 라인업 및 요구가 한정적이 되는점도 부정할수는 없다. 이번 제1탄 스타터 키트가 릴리스된후에 유저의 요구사항을 경청하여 라인업을 순차적으로 확충 해나갈 예정이다.
관심이 있으신분은 하기 관련정보를 꼭 참조해주시기 바랍니다.
- 관련 서류OPEN
- 구입은 여기로OPEN