CN220190954U - Usb接口模块及摄像头模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种USB接口模块及摄像头模组，接口模块应用于高分辨率摄像头模组，包括缓存模块、USB控制模块和USB‑C接口，缓存模块连接USB控制模块，USB控制模块连接USB‑C接口，缓存模块用于接收来自高分辨率摄像头模组采集的图像数据，并对图像数据进行帧缓存后传输至USB控制模块；USB控制模块用于将接收到的图像数据传输至USB‑C接口。本实用新型使用缓存模块用于图像数据的帧缓存，可以解决图像传输时的不稳定问题，控制模块采用USB3.0传输协议，极大地提高了传输性能，既能提升摄像头接口的通用性，又能满足高帧率高分辨率视频传输的需求。

Description

USB接口模块及摄像头模组

技术领域

本实用新型涉及接口模块技术领域，尤其是指一种USB接口模块及摄像头模组。

背景技术

图像采集技术被广泛应用于智能安防、食品加工、工业生产等各领域，图像采集技术很大程度上依赖于所采集的图像的质量或分辨率。因此除了图像处理技术，CMOS传感器本身的性能以及数据传输也成为图像采集技术的关键。通常基于机器视觉的智慧物流系统，选用高像素CMOS图像传感器模组，摄像头模组默认的输出接口是8位的SLVC并行接口，这类接口有着传输速度快、功耗低的优势，但其在通用性上有所欠缺。

目前市面上所能购买到的USB摄像头中，大多数仅支持USB2.0协议，且摄像头的帧率和分辨率普遍不高，大都在一百万像素左右。而当使用高分辨率和高帧率的摄像头时，受USB2.0接口的传输速度所限，PC机所接收到的图像质量并不理想。因此，迫切需要一种既能提升摄像头接口通用性，又能满足高帧率高分辨率视频传输需求的USB接口模块。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提出一种USB接口模块及摄像头模组，其使用缓存模块用于图像数据的帧缓存，可以解决图像传输时的不稳定问题，控制模块采用USB3.0传输协议，可极大地提高了传输性能，既能提升摄像头接口的通用性，又能满足高帧率高分辨率视频传输的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种USB接口模块，应用于高分辨率摄像头模组，包括缓存模块、USB控制模块和USB-C接口，所述缓存模块连接所述USB控制模块，所述USB控制模块连接所述USB-C接口，所述缓存模块用于接收来自所述高分辨率摄像头模组采集的图像数据，并对所述图像数据进行帧缓存后传输至USB控制模块；所述USB控制模块用于将接收到的图像数据传输至所述USB-C接口。

在本实用新型的一个实施例中，所述缓存模块包括SDRAM芯片，所述SDRAM芯片连接所述高分辨率摄像头模组。

在本实用新型的一个实施例中，所述SDRAM芯片连接所述高分辨率摄像头模组的图像采集卡。

在本实用新型的一个实施例中，输入信号在时钟的上升沿被传输到SDRAM芯片中。

在本实用新型的一个实施例中，所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，所述CYUSB3014芯片的外部时钟输入引脚外接晶振。

在本实用新型的一个实施例中，所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，所述CYUSB3014芯片的外部时钟使用外部时钟输入。

在本实用新型的一个实施例中，所述USB-C接口包括静电保护电路，所述静电保护电路连接USB。

在本实用新型的一个实施例中，所述静电保护电路包括ESD静电保护器件，所述ESD静电保护器件连接USB。

在本实用新型的一个实施例中，还包括电源模块，所述电源模块用于为所述缓存模块、USB控制模块和固件模块供电。

此外，本实用新型还提供一种摄像头模组，包括如上述所述的一种USB接口模块。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种USB接口模块及摄像头模组，其使用缓存模块用于图像数据的帧缓存，可以解决图像传输时的不稳定问题，控制模块采用USB3.0传输协议，极大地提高了传输性能，既能提升摄像头接口的通用性，又能满足高帧率高分辨率视频传输的需求。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例所提出的一种USB接口模块的框架图。

图2为本实用新型实施例所提出的CYUSB3014芯片的电路图。

图3为本实用新型实施例所提出的EEPROM芯片的电路图。

图4为本实用新型实施例所提出的静电保护电路图。

图5为本实用新型实施例所提出的SDRAM芯片的电路图。

图6为本实用新型实施例所提出的USB接口模块的数据传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1至图6所示，本实用新型实施例提供一种USB接口模块，应用于高分辨率摄像头模组，包括缓存模块、USB控制模块和USB-C接口，所述缓存模块连接所述USB控制模块，所述USB控制模块连接所述USB-C接口，所述缓存模块用于接收来自所述高分辨率摄像头模组采集的图像数据，并对所述图像数据进行帧缓存后传输至USB控制模块；所述USB控制模块用于将接收到的图像数据传输至所述USB-C接口。

本实用新型所述的一种USB接口模块，其使用缓存模块用于图像数据的帧缓存，可以解决图像传输时的不稳定问题，控制模块采用USB3.0传输协议，极大地提高了传输性能，既能提升摄像头接口的通用性，又能满足高帧率高分辨率视频传输的需求。

本实用新型提供的一种USB接口模块采用MIPI-CSI接口从IMX477摄像头模组的图像采集卡读取数据，为保证数据传输无误，将采集到的数据存储至缓存模块中实现帧缓存，帧缓存后以32位并行数据格式将数据传送给USB控制模块，最后经USB-C接口上传至上位PC机。

上述MIPI(Mobile Industry Processor Interface)是2003年由ARM,Nokia,ST,TI等公司成立的一个行业联盟，其定义了一系列接口标准，而CSI(Camera SerialInterface)就是其中的摄像头串行接口，CSI的定义旨在确定摄像头与主机控制器在移动应用中的标准。MIPI CSI接口协议由应用层、协议层和物理层组成。应用层即原始像素数据的获取；协议层根据数据内容产生包头、包尾及校验序列等，并进行通道管理，按照通道数将数据传输；物理层即最后的导线传输，产生MIPI电平的波形。

本实用新型实施例提供的一种USB接口模块还包括固件模块和电源模块，所述固件模块连接所述USB控制模块，所述电源模块用于为所述缓存模块、USB控制模块和固件模块供电。

其中，上述所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，该芯片是整个USB接口的控制模块，是实现图像数据高速传输的关键。作为优选地，选用的是Cypress公司的FX3系列CYUSB3014芯片，其可实现USB3.0接口与PC端传输速度高达370MB/s。

进一步地，CYUSB3014芯片的电路设计如图2所示，CYUSB3014的32根数据线，部分控制线等数字I/O口与SDRAM连接，数据输出I/O口与USB-C接口相连。该芯片内部集成了引导程序，可通过IIC、SPI和USB等方式启动，这里通过配置PMODE接口选择使用IIC的启动方式。本实用新型通过外接EEPROM的方式来存储CYUSB3014的固件程序。

CYUSB3014外部时钟输入引脚，可以外接晶振或直接使用外部时钟输入。作为优选地，本实用新型使用外接晶振，在XTALIN和XTALOUT引脚之间连接型号为ECS192的晶振，用于产生芯片的时钟信号。

其中，上述固件模块选用的是型号为AT24CM02的EEPROM芯片，如图3所示，其含有2MB的大容量，通过IIC接口与CYUSB3014芯片相连。IIC总线具有两根双向信号线，分别是数据线SDA和时钟线SCL，IIC总线通过上拉电阻接正电源，当总线空闲时，两根线均为高电平。模块在上电时就可通过IIC总线从AT24CM02中读取固件程序，完成对CYUSB3014芯片的初始化启动过程。

其中，所述USB-C接口包括静电保护电路，如图4所示，该静电保护电路是为了保护高速数据传输应用场景下的I/O端口。一旦电路出现浪涌、脉冲，静电时，传输高速数据的I/O端口很容易受到影响甚至会损坏到芯片，这里选用的是型号SP3010的ESD静电保护器件，引脚1、2、4、5分别连接USB的信号输入引脚，引脚6、7、9、10则是直接连接USB母座。此时使用ESD静电保护器件可以保护整个电路免受浪涌、脉冲、静态的破坏而导致的性能降低或损坏。

其中，所述缓存模块包括SDRAM芯片，所述SDRAM芯片连接所述高分辨率摄像头模组。作为优选地，本实用新型采用了一片DDR2 SDRAM芯片对采集的高分辨率图像进行实时的帧存储，该芯片型号为MT47H64M16，容量为128MB，标准工作电压1.8V。该芯片可以很好地配合前一级IMX477摄像头模组的图像采集卡，大大提高了摄像头模组的性能，SDRAM与摄像头模组的通讯连接图如图5所示。所有的输入信号都在时钟CLK的上升沿被传输到SDRAM中，首先由控制器发出激活命令，即发出激活BANK命令并发出行地址，然后再发出读取命令和列地址，随即将会触发数据传输，SDRAM就可以完成一次读或写操作了。

CYUSB3014内部集成了运行频率高达200MHz的ARM926EJ-S内核。其实现的主要功能有：实现USB3.0协议、GPIF接口时序配置以及DMA通道的配置，将CYUSB3014配置成32位并行的SlaveFIFO接口后，上一级图像采集卡就可以直接访问其内部缓冲区，实现数据的高速传输。SlaveFIFO模式又分为同步SlaveFIFO模式和异步SlaveFIFO模式。由于这里CYUSB3014是作为从设备接收数据，所以本实用新型选择同步SlaveFIFO模式。由于CYUSB3014的数据总线位宽为32位，而经SDRAM输出的数据位宽为64位，所以需要在两者之间加上一个异步FIFO实现数据和时钟的转换。写FIFO时钟为SDRAM的用户时钟，大小为150MHz，位数位宽为64位；而读FIFO的时钟则是GPIF接口的时钟，数据位宽为32位。当CYUSB3014的DMA缓存区存满后，可通过标志信号来暂停从FIFO中读取数据，以避免数据溢出。

DMA通道配置包含了Socket、DMA描述符、DMA缓存区、DMA线程等要素。本模块将数据流从GPIF接口传输至USB接口，因为不需要对数据流中的任何数据进行修改，只需将其配置为自动DMA通道。传输图像数据使用的是芯片的高速stream模式，通道的传输吞吐率是由缓冲区的数量决定的，由于芯片内部硬件资源有限，且本模块只需要实现图像从下位机传输到上位机的过程，因此只需配置一个DMA通道。

为了解决IMX477摄像头模组与工控机不能直接通信的问题，同时考虑到USB2.0带宽不够、速度较慢，无法传输高分辨率、高帧率的视频。本文设计了一种高分辨率摄像头的USB接口模块，使用SDRAM用于图像数据的帧缓存，可以解决图像传输时的不稳定问题，选用CYUSB3014芯片，基于USB3,0传输协议，CYUSB3014与SDRAM的连接为同步Slave FIFO接口模式，与USB接口为DMA通道连接。所设计的接口模块保留了传统USB的便携性和兼容性，同时采用USB3.0传输协议，极大地提高了传输性能。

相应于上述一种USB接口模块的实施例，本实用新型实施例还提供一种摄像头模组，包括如上述所述的一种USB接口模块，从而解决了IMX477摄像头模组与工控机不能直接通信的问题，同时考虑到USB2.0带宽不够、速度较慢，无法传输高分辨率、高帧率的视频的问题，而设计一种USB接口模块应用于IMX477摄像头模组。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种USB接口模块，其特征在于：应用于高分辨率摄像头模组，包括缓存模块、USB控制模块、USB-C接口和固件模块，所述缓存模块连接所述USB控制模块，所述USB控制模块连接所述USB-C接口，所述固件模块连接所述USB控制模块，所述缓存模块用于接收来自所述高分辨率摄像头模组采集的图像数据，并对所述图像数据进行帧缓存后传输至USB控制模块；所述USB控制模块用于将接收到的图像数据传输至所述USB-C接口；其中，所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，所述固件模块包括EEPROM芯片，所述EEPROM芯片与CYUSB3014芯片连接，所述EEPROM芯片通过IIC接口与CYUSB3014芯片连接，通过IIC接口读取固件程序，IIC总线具有两根双向信号线，分别是数据线SDA和时钟线SCL，IIC总线通过上拉电阻接正电源，当总线空闲时，两根线均为高电平。

2.根据权利要求1所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述缓存模块包括SDRAM芯片，所述SDRAM芯片连接所述高分辨率摄像头模组。

3.根据权利要求2所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述SDRAM芯片连接所述高分辨率摄像头模组的图像采集卡。

4.根据权利要求2或3所述的一种USB接口模块，其特征在于：输入信号在时钟的上升沿被传输到SDRAM芯片中。

5.根据权利要求1所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，所述CYUSB3014芯片的外部时钟输入引脚外接晶振。

6.根据权利要求1所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述USB控制模块包括CYUSB3014芯片，所述CYUSB3014芯片的外部时钟使用外部时钟输入。

7.根据权利要求1所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述USB-C接口包括静电保护电路，所述静电保护电路连接USB。

8.根据权利要求7所述的一种USB接口模块，其特征在于：所述静电保护电路包括ESD静电保护器件，所述ESD静电保护器件连接USB。

9.根据权利要求1所述的一种USB接口模块，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块用于为所述缓存模块、USB控制模块和固件模块供电。

10.一种摄像头模组，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的一种USB接口模块。