目前在图像采集系统中，由于采集数据量很大，因此对采集系统的采集速率以及系统的数据传输有很高的要求。尤其在应用CCD/CMOS高速图像传感器进行图像采集的系统中，其数据传输速率高、传输通道多的特点使传统的图像数据传输方法存在很大的局限性。比如，物理层接口无法满足数据的传输速度；由于传输通道的增多引起传输导线数量的增加导致系统功耗、噪声也随之增大^[1]等。因此，采用新的技术解决多通道、高速CCD/CMOS 图像数据采集成为必然趋势。低电压差分信号" title="差分信号">差分信号传输技术简称LVDS（Low Voltage Differential Signaling）为解决这一瓶颈问题提供了可能。
　　　本文设计一种适用于高速、多通道CMOS图像数据的采集系统，将LVDS技术应用于系统的图像数据传输部分,使系统能满足图像数据实时、稳定、高速传输的要求。
1 LVDS技术
　　LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上传输数据，并且允许单个通道传输率达到每秒数百兆比特（Mbps）。LVDS接口是一种单工方式，必要时也可使用半双工、多点配置方式，但一般在噪声较小、距离较短的情况下才适用。其点到点连接的差分对由一个驱动、互联器和接收器组成。
　　LVDS技术的主要特点有：
　　(1)高速传输能力。LVDS技术的恒流源模式低摆幅输出意味着LVDS能高速驱动。
　　(2)低噪声/低电磁干扰。LVDS信号是低摆幅的差分信号，差分数据传输方式比单线数据传输对共模输入噪声有更强的抵抗能力，在两条差分信号线上电流方向及电压振幅相反，噪声以共模方式同时耦合到两条线上。而接收端只关心两信号的差值，于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也相互抵消，故比单线信号传输电磁辐射小得多。而且，恒流源驱动模式不易产生振铃和切换尖锋信号，进一步降低了噪声。
　　(3)低功耗。LVDS器件是用CMOS工艺实现的，因此静态功耗低。而且其负载功耗低、恒流源模式驱动设计也降低系统功耗。
　　(4)节省成本。功率的大幅降低允许在单个集成电路上集成多个接口驱动器和接收器，这样提高了PCB板的效能，减少了成本。
　　另外，由于是低摆幅差分信号技术，其驱动和接收不依赖于供电电压，如5V，因此LVDS能比较容易应用于低电压系统中，如3.3V甚至2.5V的系统都能保持同样的信号电平和性能。LVDS也易于匹配终端。无论其传输介质是电缆还是PCB走线，都必须与终端匹配，以减少不希望的电磁辐射，提供最佳的信号质量。通常一个尽可能靠近接收输入端的100Ω 终端电阻跨在差分线上即可提供良好的匹配。目前LVDS技术在传输距离上有其局限性，一般应用在20米以下^[2]。
2设计思想及系统结构
2.1系统设计思想
　　系统选用LUPA1300高速CMOS图像传感器，它具有1280×1024的像素，像素尺寸为14μm×14μm,全分辨率下的帧速为450帧/秒，其高帧速通过16个并行输出放大器实现，每一放大器的像素率为40MHz，每相元的数据为8bit。如果16通道同时并行输出图像数据，则传输通道的数据吞吐量可达40×8×16=5.120Gbps。如此大的数据吞吐量要求系统不仅有极高的数据传输率，而且要能够适应于多个通道、不同速率的CMOS图像数据采集，即要求系统能够实现通道合并，并且有较宽的数据传输频带。
　　根据以上的分析，本系统在基于LVDS技术的情况下采用了Camera Link协议。Camera Link协议是一个工业高速串口数据和连接协议，它是各公司达成的一种协议，目的是简化图像采集接口，方便高速图像传感器和采集系统的连接。Camera Link硬件结构分为三类：基础结构（Base）、中间结构（Medium）和完全结构（Full）^[3]。根据Camera Link的硬件结构的分析，每个连接端口选用两个MDR26连接器构建Camera Link的Full结构，即支持8路8bit的数据端口，将输出的图像数据按照8通道并行采样。

2.2 系统硬件结构
　　系统硬件结构如图1所示。由图1 可以看出，CMOS图像传感器将图像数据并行输出后，通过Camera Link发送器" title="发送器">发送器/接收器将并行数据传输到采集控制单元，后经过缓存模块将数据存储到SCSI硬盘阵列。其中，采集控制单元完成对图像数据的简单处理，同时也向相机发出相机控制信号。而虚线所框的部分为数据传输部分，这部分应用LVDS技术实现，下面将重点介绍。
3 数据传输部分
3.1芯片选择及其工作原理
　　应用LVDS技术，首先要将并行图像数据转换成LVDS串行数据流，这就需要用到串行片和解串片（即图1中所示的Camera Link发送器和Camera Link接收器）。Camera Link发送器将CMOS/TTL数据转换成LVDS串行数据流进行传输。Camera Link接收器接收LVDS数据流并将其解串成CMOS/TTL数据。本系统选用美国国家半导体公司的Channel Link芯片DS90CR287/DS90CR288。图2所示为该芯片的工作原理。

　　从图2可以看出，28bit并行图像数据经DS90CR287转换为4路LVDS串行数据流，同时在第5组LVDS链路上将移位时钟信号发送出去。这些数据流通过Camera Link电缆传输。当DS90CR28接收到LVDS数据流后，将其解串恢复为28bit的并行数据输出进行后续处理。在每个时钟周期，对28bit输入数据进行采样并且串行传输。每个LVDS数据通道可以以525Mbps的速率传输28bit的TTL数据，如果使用75MHz的时钟频率，则整体的数据传输率可达到2.10Gbps。
3.2 Camera Link接口连接
　　根据Camera Link协议的要求，选用MDR26连接器作为图像采集部分与图像数据传输部分、图像传输部分与系统控制部分的接口。当并行图像数据通过LVDS发送器转变为LVDS数据流后，经过MDR26连接器传输到Camera Link电缆进行传输，在Camera Link电缆与LVDS接收器之间仍需MDR26连接器作为接口连接。图3所示为图像传输部分与系统控制部分的接口图。