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(CMVU)
一、前言
在高性能、高速度、长距离图像传输系统应用领域,CoaXPress(CXP)已成为各大相机厂商的首选接口标准。CoaXPress是一种非对称的高速点对点串行通信数字接口,允许设备(如相机)通过单根同轴电缆连接到主机。发展到2.0版本后,单根同轴电缆的传输速度可达12.5Gbps,这几乎已接近同轴电缆稳定传输的极限。
为了突破传统同轴电缆的传输带宽限制,日本工业成像协会(JIIA)发布了补充协议CoaXPress over Fiber(CXPoF)。CXPoF打破了CoaXPress仅限于同轴电缆的限制,使其能够在光纤上传输。
这种升级不仅解决了同轴电缆的带宽瓶颈,还借助光纤的长距离传输特性,进一步拓展了CoaXPress的应用场景。
二、CoaxPress的速度变迁
CoaXPress标准的最初版本为CXP-6,单根同轴电缆的传输速度为6.25Gbps。由于采用了8B/10B编码,实际有效带宽为5.0Gbps。
CoaXPress 2.0版本将最高传输速度提升至CXP-12,单根同轴电缆的传输速度为12.5Gbps。由于采用8B/10B编码,实际有效带宽为10.0Gbps。
CXPoF采用光纤作为传输介质,其带宽完全取决于光模块的速度。目前常用的光模块带宽如下:
三、CoaxPress over Fiber的实现方式
CoaXPress over Fiber(CXPoF)是CoaXPress协议的一个扩展协议,它允许CoaXPress协议运行在标准以太网物理层上。在相机(Device)端和采集卡(Host)端,都通过一个CXP-PHY Bridge作为桥接,将CXP协议与以太网物理层(Ethernet PHY)连接起来。
在使用QSFP+/QSFP28/QSFP56光模块的系统中,每个光模块包含4组TX(发送)和RX(接收)高速收发器。对于相机端(Device),CXPoF仅使用其中的4对TX和1对RX;而对于采集卡端(Host),CXPoF仅使用其中的4对RX和1对TX。
在CoaXPress系统中,一个QSFP+/QSFP28/QSFP56光模块可以实现一个高速上行通道以及一个主通道加三个扩展通道。在传统的CXP电口方案中,由于高速上行通道会增加额外成本,几乎没有厂商采用。而在CXPoF方案中,使用高速上行通道不会增加任何成本。
四、CoaxPress over Fiber的优缺点
使用光纤作为传输媒介相比同轴电缆具有以下优势:
传输性能:传输速度更快,传输距离更长。不易受到电磁干扰,也不会产生辐射,传输更稳定。
物理特性:体积小、重量轻,便于铺设和运输。
成本优势:由于光纤在以太网传输中的广泛应用,光模块和光纤的价格远低于同轴电缆和CXP驱动芯片。
此外,由于光模块本身具备双向高速传输能力,CXPoF能够利用高速上行通道进行控制和触发传输,成为其独特的附加优势。然而,CXPoF的唯一缺点是无法通过线缆进行供电。
五、CoaxPress over Fiber的应用
CoaXPress over Fiber(CXPoF)适用于多种高性能应用场景,具体如下:
1. 高速相机应用:CXPoF可用于高带宽需求的高速相机,例如超过40Gbps的高速面阵相机和高速线阵相机。
2. 超长电缆需求场景:在需要超长电缆的应用中,如智能交通系统,CXPoF能够提供更可靠的传输解决方案。
3. 电气隔离需求场景:在需要相机与PC之间电气隔离的环境中,例如电磁干扰较大的工业场景或对信号敏感的医疗环境,CXPoF是一个理想的选择。
4. 成本优化:对于原有CXP相机的升级,CXPoF是一种极具性价比的选择。例如,对于5米、40Gbps带宽的传输需求,使用传统CXP电缆方案的接口成本约为500美元,而使用CXPoF可将接口成本降低至约100美元。
六、CoaxPress over Fiber的发展
CoaXPress over Fiber(CXPoF)补充协议于2021年2月发布。目前,已有相机厂商和采集卡厂商推出基于CXPoF的产品。然而,其使用范围仍较为有限,目前支持的产品主要集中在QSFP+接口,而更高带宽的QSFP28和QSFP56接口的应用相对较少。这可能是由于用户习惯和兼容性等因素的考虑。
尽管如此,CXPoF凭借其高带宽、长距离传输、抗电磁干扰以及成本优势,正在逐渐获得市场认可。未来10年,随着工业相机对带宽需求的不断增长以及对成本控制的更高要求,CXPoF接口有望得到更广泛的应用。