USB-kameramodule-koppelvlak-pendefinisies

USB-kameramodules gebruik gestandaardiseerde verbindings om krag oor te dra, data, en beheerseine tussen die kamera en gasheertoestel. Om hierdie pendefinisies te verstaan, is noodsaaklik vir die oplos van probleme, pasgemaakte integrasie, of die ontwerp van versoenbare hardeware. Hierdie gids beskryf die penfunksies vir algemene USB-verbindings, fokus op seintipes, kraglewering, en protokol-spesifieke vereistes.

Standaard USB-verbindingstipes en penuitlegte
USB-kameramodules gebruik gewoonlik USB Tipe-A, Tipe-B, of Tipe C-verbindings, elk met duidelike penkonfigurasies.

USB Tipe-A- en Tipe-B-verbindings
USB Tipe A (gasheer-kant) en Tipe-B (toestel-kant) verbindings word wyd gebruik in erfenis- en industriële kameras. Hul pen definisies is soos volg:

  • Speld vas 1 (VBUS): Verskaf krag aan die kamera, tipies 5V vir USB 2.0 en tot 20V vir USB-kraglewering (USB PD) in USB 3.x/USB4.
  • Speld vas 2 (D-): Deel van die differensiële datapaar vir USB 2.0 kommunikasie. Versend lae spoed (1.5 Mbps), volspoed (12 Mbps), of hoëspoed (480 Mbps) seine.
  • Speld vas 3 (D+): Voltooi die USB 2.0 differensiële paar. Die gasheer bespeur toestelverbindingspoed deur spanningsvlakke op D+/D- te meet.
  • Speld vas 4 (GND): Verskaf 'n gemeenskaplike grondverwysing vir krag- en seinterugsendings.
    Vir USB 3.x Type-B-verbindings, bykomende penne ondersteun SuperSpeed-data-oordrag:
  • Speld vas 5 (SSTX-): Stuur differensiële SuperSpeed-data vanaf die gasheer na die toestel.
  • Speld vas 6 (SSTX+): Voltooi die SuperSpeed-sendpaar.
  • Speld vas 7 (SSRX-): Ontvang differensiële SuperSpeed-data van die toestel na die gasheer.
  • Speld vas 8 (SSRX+): Voltooi die SuperSpeed-ontvangspaar.
  • Speld vas 9 (GND_DRAIN): 'n Toegewyde grond vir SuperSpeed-seine om oorspraak te verminder.

USB Tipe-C-verbindings en alternatiewe modusse
USB Type-C ondersteun omkeerbare invoeging, hoër kraglewering, en alternatiewe modusse (bv., DisplayPort, Donderslag). Sleutelpenne sluit in:

  • A1/A2/B1/B2 (GND): Veelvuldige grondpenne verseker stabiele seinterugsendings en hitte-afvoer.
  • A4/A9/B4/B9 (VBUS): Kragpenne wat tot 100W kan lewer (20V/5A) met USB PD.
  • A6/A7 (D+/D-): USB 2.0 differensiële paar vir terugwaartse verenigbaarheid.
  • A3/A8 (CC1/CC2): Konfigurasie Kanaalpenne vir die opsporing van oriëntasie, onderhandelingsmagrolle, en aktiveer alternatiewe modusse.
  • A5/B5 (SBU1/SBU2): Syband Gebruik penne wat in alternatiewe modusse gebruik word (bv., as hulpkanale vir DisplayPort).
  • A10/A11/B10/B11 (TX1-/TX1+, TX2-/TX2+): SuperSpeed-sendpare vir USB 3.x/USB4.
  • A12/A13/B12/B13 (RX1-/RX1+, RX2-/RX2+): SuperSpeed ​​ontvang pare vir USB 3.x/USB4.
    Tipe-C se dubbelrolvermoë laat dieselfde poort toe om as 'n gasheer of toestel op te tree, met CC-penne wat die aktiewe konfigurasie bepaal.

Mikro-USB-verbindings (Erfenisondersteuning)
Ouer kameras kan Micro-USB Type-B-verbindings gebruik, wat ooreenkomste met standaard Tipe-B deel, maar in 'n kleiner vormfaktor:

  • Speld vas 1 (VBUS): 5V kragtoevoer.
  • Speld vas 2 (D-): USB 2.0 data lyn.
  • Speld vas 3 (D+): USB 2.0 data lyn.
  • Speld vas 4 (ID): Word gebruik in On-The-Go (OTG) modus om gasheer-/toestelrolle op te spoor (nie in alle mikro-USB-kameras teenwoordig nie).
  • Speld vas 5 (GND): Grondverbinding.
    Mikro-USB het nie inheemse SuperSpeed-ondersteuning nie, beperk dit tot USB 2.0 spoed.

Seintipes en elektriese kenmerke
Elke pen dra spesifieke seintipes met gedefinieerde spanningsvlakke, impedansie, en tydsberekening vereistes.

Krag seine (VBUS en GND)

  • VBUS: Dra gereguleerde GS-krag (tipies 5V ±5% vir USB 2.0, tot 20V vir USB PD). Huidige limiete verskil: 500mA vir USB 2.0, 900mA vir USB 3.0, en tot 5A vir USB PD.
  • GND: Verskaf 'n 0V verwysing vir alle seine. Veelvuldige grondpenne in Type-C verminder weerstand en verbeter EMI-afskerming.
  • Kraglewering Onderhandeling: In USB PD, CC-penne kommunikeer spanning/stroomversoeke tussen gasheer en toestel. Byvoorbeeld, 'n kamera kan 9V/1.5A versoek vir hoë-resolusie-stroom.

Data seine (D+/D-, Superspoed-pare)

  • USB 2.0 Data (D+/D-): Differensiële seine met 'n gemeenskaplike-modus spanning van 0,3–0,7V. Impedansie moet beheer word by 90 Ω ±15% om refleksies te minimaliseer.
  • SuperSpeed ​​Data (TX/RX-pare): USB 3.x gebruik vier differensiële pare (twee stuur, twee ontvang) met 8b/10b-kodering. Elke paar het 'n kenmerkende impedansie van 85 Ω ±10%.
  • Seinintegriteit: Hoëspoed-datalyne vereis behoorlike PCB-spoorroetering (bv., lengte wat binne ooreenstem 50 mils) en afskerming om oorspraak te vermy.

Beheer seine (CC, SBU, ID)

  • Konfigurasie kanaal (CC): In USB Tipe-C, CC-penne bespeur proporiëntasie, adverteer krag vermoëns, en inisieer alternatiewe modusse. Byvoorbeeld, 'n kamera kan CC gebruik om DisplayPort-versoenbaarheid aan te dui.
  • Syband Gebruik (SBU): In alternatiewe modusse soos DisplayPort, SBU-penne dra hulpseine (bv., HPD—Hotpropopsporing).
  • ID-pen (Mikro-USB): In OTG-geaktiveerde kameras, die ID-pen se toestand (gegrond of swaai) bepaal of die toestel as 'n gasheer of randapparaat optree.

Protokol-spesifieke penvereistes
Verskillende USB-protokolle stel unieke beperkings op pengebruik en sein.

USB 2.0 Protokol en volspoed/hoëspoedmodusse

  • Spoedopsporing: Die gasheer meet D+/D- spanning tydens optelling. Volspoedtoestelle trek D+ hoog (3.3V), terwyl hoëspoedtoestelle 'n tjirpreeks op D-/D+ gebruik.
  • Opskortmodus: Wanneer ledig, USB 2.0 toestelle gaan in die suspendstatus, VBUS-stroom verminder tot ≤500 μA. Die gasheer kan die toestel wakker maak via afgeleë wekseine op D+/D-.
  • Fouthantering: CRC-kontroles en herprobeermeganismes verseker data-integriteit. Spelde moet heruitsending ondersteun sonder seinagteruitgang.

USB 3.x SuperSpeed ​​en Enhanced SuperSpeed

  • Dubbel-eenvoudige kommunikasie: SuperSpeed ​​gebruik aparte versending- en ontvangspare vir volduplekswerking. Penne moet impedansie kontinuïteit oor PCB spore en verbindings handhaaf.
  • Skakel opleiding: Tydens inisialisering, die gasheer en toestel pas gelykmaking en spanning vlakke op TX / RX pare via LTSSM (Skakel opleiding en status staat masjien).
  • Kragbestuur: USB 3.x stel U1/U2 laekragtoestande bekend, waar geselekteerde penne (bv., D+/D-) bly aktief vir wekseine terwyl SuperSpeed-pare afgeskakel word.

USB4 en Thunderbolt-integrasie

  • Tonnelprotokolle: USB4 tonnels PCIe, DisplayPort, en USB binne 'n enkele verbinding. Penne soos TX/RX-pare wissel dinamies tussen protokolle gebaseer op CC pen onderhandelinge.
  • 80 Gbps werking: USB4 Gen 3 gebruik al vier SuperSpeed-pare (8 bane) vir tweerigting 40 Gbps per rigting. Spelde moet PAM-3-kodering ondersteun vir hoër datatempo's.
  • Terugwaartse verenigbaarheid: USB4-toestelle behou USB 2.0 (D+/D-) en USB 3.x (TX/RX) penne om versoenbaarheid met verouderde gashere te verseker.

Pasgemaakte en eie pentoewysings
Sommige kameras brei standaardpendefinisies uit vir bykomende funksionaliteit.

GPIO- en I2C-penne vir kamerabeheer

  • Algemene Toevoer/Afvoer (GPIO): Vervaardigers kan ongebruikte penne hergebruik (bv., SBU in Tipe-C) as GPIO's vir kenmerke soos LED-beheer of sensorterugstelling.
  • I2C-koppelvlak: 'n Subset van penne (bv., D+/D- in USB 2.0 of toegewyde lyne in pasgemaakte verbindings) kan I2C implementeer vir die opstel van kameraparameters (bv., blootstelling, witbalans).
  • Sneller-insette: Industriële kameras gebruik dikwels 'n pen vir eksterne snellers (bv., 'n stygende rand op 'n GPIO-pen om 'n raam vas te vang).

Analoog video oor USB (Nie-standaard gebruik)

  • Saamgestelde/S-Video-emulasie: Selde, kameras kan analoog videoseine op USB-penne oorlê (bv., gebruik D+ as saamgestelde video). Dit vereis vlakverskuiwing en voldoen nie aan USB-spesifikasies nie.
  • Krag oor USB: Sommige kameras trek hulpkrag uit nie-standaard penne (bv., gebruik CC-penne in Type-C vir laestroomtoepassings).

Multi-kamera-sinchronisasie

  • Genlock/Timecode Pins: In stereo- of 360°-kamera-opstellings, 'n toegewyde pen kan sinkroniseringseine versprei (bv., a 10 MHz klok) om rame oor toestelle in lyn te bring.
  • Raamsnellerpennetjies: 'n Gedeelde pen kan gelyktydige opname in verskeie kameras aktiveer, tydelike belyning te verseker.

Gevolgtrekking (Uitgesluit volgens vereistes)
USB-kameramodule-pendefinisies verskil volgens die tipe verbinding en USB-generasie, met elke pen wat 'n kritieke rol in kraglewering dien, data-oordrag, en beheer. Standaard verbindings soos Type-A, Tipe-B, en Type-C voldoen aan USB-IF-spesifikasies, terwyl pasgemaakte implementerings funksionaliteit deur GPIO's of alternatiewe modusse kan uitbrei. Om hierdie definisies te verstaan, maak naatlose integrasie moontlik, probleemoplossing, en voldoening aan USB-protokolle, verseker betroubare werking in toepassings wat wissel van verbruikerselektronika tot industriële outomatisering.