在平板顯示器(FPD)、半導(dǎo)體、醫(yī)療和航空航天等行業(yè)中，高分辨率和超高速圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L，尤其是在數(shù)十米以上的距離上穩(wěn)定可靠的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，至關(guān)重要。為了滿足這些需求，一種名為CoaXPress-over-Fiber(CoF)的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)將現(xiàn)有成熟的基于同軸電纜的CoaXPress協(xié)議擴(kuò)展到了光纖(Fiber)領(lǐng)域。

CoaXPress的局限性及CoaXPress-over-Fiber的出現(xiàn)

傳統(tǒng)的CoaXPress支持最高12.5Gbps(CXP-12)的傳輸速度，并因其強(qiáng)大的功率傳輸能力而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。CoaXPress可以將數(shù)據(jù)、觸發(fā)信號(hào)、控制信號(hào)和電源集成到單根電纜中，易用性較強(qiáng)。然而，CoaXPress也存在一些局限性，例如最長傳輸距離約為15米、易受電磁干擾(EMI)以及線纜數(shù)較多帶來的布線結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。為了克服這些限制，CoaXPress-over-Fiber將傳輸介質(zhì)改為光纖，從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)百米到數(shù)公里的高速數(shù)據(jù)傳輸。其抗電磁干擾和出色的布線靈活性也是CoaXPress所不具備的。

什么是CoaXPress-over-Fiber？

最新版本的CoaXPress(Rev. 2.1)無需修改即可在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)上運(yùn)行CoaXPress協(xié)議。這項(xiàng)名為“CoaXPress-over-Fiber”的新一代傳輸接口將CoaXPress的關(guān)鍵優(yōu)勢與光纖的優(yōu)勢相結(jié)合。

CoaXPress-over-Fiber保留了CoaXPress協(xié)議的高可靠性和低延遲數(shù)據(jù)傳輸性能，單純的將傳輸介質(zhì)替換為了光纖，這一改變顯著地提高了傳輸距離和帶寬。CoaXPress的上層協(xié)議保持不變，僅將物理層中的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸。整個(gè)傳輸系統(tǒng)利用SFP+、QSFP+和QSFP28等光收發(fā)模塊，配合多模(MMF)或單模(SMF)光纖電纜，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)與現(xiàn)有CoaXPress協(xié)議完美兼容。

CoaXPress到CoaXPress-over-Fiber的技術(shù)過渡

CoaXPress-over-Fiber是CoaXPress協(xié)議的擴(kuò)展，支持通用的GenICam編程接口，并且設(shè)計(jì)為與操作系統(tǒng)無關(guān)。這使得基于同軸電纜的系統(tǒng)可以輕松地升級(jí)到基于光纖的系統(tǒng)。

為了使用CoaXPress-over-Fiber協(xié)議，需要搭載CoaXPress-over-Fiber傳輸接口的相機(jī)、CoaXPress-over-Fiber圖像采集卡以及對(duì)應(yīng)的光纖電纜(含光收發(fā)模塊)。雖然目前相關(guān)硬件的選擇還很有限，但與CoaXPress標(biāo)準(zhǔn)的快速普及類似，CoaXPress-over-Fiber的技術(shù)優(yōu)勢正在迅速得到業(yè)界的認(rèn)可，預(yù)計(jì)其將快速增長并擴(kuò)展其生態(tài)系統(tǒng)。

CoaXPress-over-Fiber應(yīng)用環(huán)境

CoaXPress-over-Fiber協(xié)議具有高帶寬、遠(yuǎn)距離傳輸、優(yōu)異的抗電磁干擾能力和靈活的布線結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，是需要長距離布線、在電磁噪聲環(huán)境下運(yùn)行的大型設(shè)備以及高速傳輸應(yīng)用的理想解決方案。CoaXPress-over-Fiber設(shè)備正被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，包括平板顯示器檢測、半導(dǎo)體晶圓檢測、高速X射線檢測和移動(dòng)式自動(dòng)化檢測機(jī)器人等。

CoaXPress-over-Fiber與CoaXPress的優(yōu)勢對(duì)比表

CoaXPress-over-Fiber的優(yōu)勢：光纖

光纖具有電氣隔離特性，使其不受電磁干擾，并消除傳輸延遲和行間串?dāng)_。這一特性消除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中與接地相關(guān)的問題，提高了可靠性。此外，光纖不發(fā)熱，避免了過熱引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。與CoaXPress相比，光纖還具有更高的抗拉強(qiáng)度，使其在長距離傳輸中不易斷裂。同時(shí)，光纖具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，對(duì)濕度和溫度波動(dòng)的敏感性遠(yuǎn)低于同軸電纜或傳統(tǒng)以太網(wǎng)線纜。最后，光纖的輕巧和細(xì)小直徑使其便于在空間受限的環(huán)境中布線，例如精密機(jī)械、機(jī)器人、飛行器和車輛等環(huán)境。

CoaXPress-over-Fiber功能:搜索設(shè)備

CoaXPress采用對(duì)稱的連接結(jié)構(gòu)，由低速上行鏈路(主機(jī)→設(shè)備)和高速下行鏈路(設(shè)備→主機(jī))組成。設(shè)備搜索過程也基于此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。CoaXPress-over-Fiber功能同樣如此，并需注意以下事項(xiàng):

? 光纖上行鏈路與傳統(tǒng)的低速上行鏈路相同，該信道僅用于發(fā)送和接收控制數(shù)據(jù)包。

? 與字節(jié)流架構(gòu)不同，光纖上行鏈路必須遵循基于字邊界(Word boundary)的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)，需要在字單位進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)齊。

? 上行鏈路比特率固定為1.25Gbps(CXP-1)，而非現(xiàn)有CoaXPress 1.1.1版本中使用的20.83Mbps。

? 在基于光纖的CoaXPress-over-Fiber架構(gòu)中，不存在高速上行鏈路；所有上行鏈路均被視為低速通道。

Vieworks CoaXPress-over-Fiber傳輸接口相機(jī): VC-21MDHF相機(jī)

Vieworks的VC-21MDHF是一款搭載雙通道CoaXPress-over-Fiber傳輸接口的2,100萬像素分辨率面陣相機(jī)(雙線總帶寬高達(dá)200Gbps，最高幀率可達(dá)1,000fps)，具有以下主要特性：

首先，基于QSFP28的4×25Gbps光收發(fā)模塊配置，可在單根光纖上提供高達(dá)100Gbps的有效帶寬，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。

其次，同時(shí)支持多模(MMF)和單模(SMF)光纖，即使在數(shù)公里的長距離傳輸中，也能確保圖像數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定無信號(hào)損失。

第三，與主流專業(yè)圖像采集卡兼容，可確保低延遲和高可靠性的圖像傳輸，使其成為需要精準(zhǔn)同步的機(jī)器視覺系統(tǒng)的理想選擇。

最后，輕巧靈活的光纖線纜結(jié)構(gòu)即使在空間和布線受限的環(huán)境中(例如機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人和移動(dòng)檢測系統(tǒng))也能輕松安裝和操作，從而增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。

Vieworks的VC-21MDHF面陣相機(jī)