目前在圖像采集系統中，由于采集數據量很大，因此對采集系統的采集速率以及系統的數據傳輸有很高的要求。尤其在應用CCD/CMOS高速圖像傳感器進行圖像采集的系統中，其數據傳輸速率高、傳輸通道多的特點使傳統的圖像數據傳輸方法存在很大的局限性。比如，物理層接口無法滿足數據的傳輸速度；由于傳輸通道的增多引起傳輸導線數量的增加導致系統功耗、噪聲也隨之增大^[1]等。因此，采用新的技術解決多通道、高速CCD/CMOS 圖像數據采集成為必然趨勢。低電壓差分信號" title="差分信號">差分信號傳輸技術簡稱LVDS（Low Voltage Differential Signaling）為解決這一瓶頸問題提供了可能。
　　　本文設計一種適用于高速、多通道CMOS圖像數據的采集系統，將LVDS技術應用于系統的圖像數據傳輸部分,使系統能滿足圖像數據實時、穩定、高速傳輸的要求。
1 LVDS技術
　　LVDS是一種低擺幅的差分信號技術，它使得信號能在差分PCB線對或平衡電纜上傳輸數據，并且允許單個通道傳輸率達到每秒數百兆比特（Mbps）。LVDS接口是一種單工方式，必要時也可使用半雙工、多點配置方式，但一般在噪聲較小、距離較短的情況下才適用。其點到點連接的差分對由一個驅動、互聯器和接收器組成。
　　LVDS技術的主要特點有：
　　(1)高速傳輸能力。LVDS技術的恒流源模式低擺幅輸出意味著LVDS能高速驅動。
　　(2)低噪聲/低電磁干擾。LVDS信號是低擺幅的差分信號，差分數據傳輸方式比單線數據傳輸對共模輸入噪聲有更強的抵抗能力，在兩條差分信號線上電流方向及電壓振幅相反，噪聲以共模方式同時耦合到兩條線上。而接收端只關心兩信號的差值，于是噪聲被抵消。由于兩條信號線周圍的電磁場也相互抵消，故比單線信號傳輸電磁輻射小得多。而且，恒流源驅動模式不易產生振鈴和切換尖鋒信號，進一步降低了噪聲。
　　(3)低功耗。LVDS器件是用CMOS工藝實現的，因此靜態功耗低。而且其負載功耗低、恒流源模式驅動設計也降低系統功耗。
　　(4)節省成本。功率的大幅降低允許在單個集成電路上集成多個接口驅動器和接收器，這樣提高了PCB板的效能，減少了成本。
　　另外，由于是低擺幅差分信號技術，其驅動和接收不依賴于供電電壓，如5V，因此LVDS能比較容易應用于低電壓系統中，如3.3V甚至2.5V的系統都能保持同樣的信號電平和性能。LVDS也易于匹配終端。無論其傳輸介質是電纜還是PCB走線，都必須與終端匹配，以減少不希望的電磁輻射，提供最佳的信號質量。通常一個盡可能靠近接收輸入端的100Ω 終端電阻跨在差分線上即可提供良好的匹配。目前LVDS技術在傳輸距離上有其局限性，一般應用在20米以下^[2]。
2設計思想及系統結構
2.1系統設計思想
　　系統選用LUPA1300高速CMOS圖像傳感器，它具有1280×1024的像素，像素尺寸為14μm×14μm,全分辨率下的幀速為450幀/秒，其高幀速通過16個并行輸出放大器實現，每一放大器的像素率為40MHz，每相元的數據為8bit。如果16通道同時并行輸出圖像數據，則傳輸通道的數據吞吐量可達40×8×16=5.120Gbps。如此大的數據吞吐量要求系統不僅有極高的數據傳輸率，而且要能夠適應于多個通道、不同速率的CMOS圖像數據采集，即要求系統能夠實現通道合并，并且有較寬的數據傳輸頻帶。
　　根據以上的分析，本系統在基于LVDS技術的情況下采用了Camera Link協議。Camera Link協議是一個工業高速串口數據和連接協議，它是各公司達成的一種協議，目的是簡化圖像采集接口，方便高速圖像傳感器和采集系統的連接。Camera Link硬件結構分為三類：基礎結構（Base）、中間結構（Medium）和完全結構（Full）^[3]。根據Camera Link的硬件結構的分析，每個連接端口選用兩個MDR26連接器構建Camera Link的Full結構，即支持8路8bit的數據端口，將輸出的圖像數據按照8通道并行采樣。

2.2 系統硬件結構
　　系統硬件結構如圖1所示。由圖1 可以看出，CMOS圖像傳感器將圖像數據并行輸出后，通過Camera Link發送器" title="發送器">發送器/接收器將并行數據傳輸到采集控制單元，后經過緩存模塊將數據存儲到SCSI硬盤陣列。其中，采集控制單元完成對圖像數據的簡單處理，同時也向相機發出相機控制信號。而虛線所框的部分為數據傳輸部分，這部分應用LVDS技術實現，下面將重點介紹。
3 數據傳輸部分
3.1芯片選擇及其工作原理
　　應用LVDS技術，首先要將并行圖像數據轉換成LVDS串行數據流，這就需要用到串行片和解串片（即圖1中所示的Camera Link發送器和Camera Link接收器）。Camera Link發送器將CMOS/TTL數據轉換成LVDS串行數據流進行傳輸。Camera Link接收器接收LVDS數據流并將其解串成CMOS/TTL數據。本系統選用美國國家半導體公司的Channel Link芯片DS90CR287/DS90CR288。圖2所示為該芯片的工作原理。

　　從圖2可以看出，28bit并行圖像數據經DS90CR287轉換為4路LVDS串行數據流，同時在第5組LVDS鏈路上將移位時鐘信號發送出去。這些數據流通過Camera Link電纜傳輸。當DS90CR28接收到LVDS數據流后，將其解串恢復為28bit的并行數據輸出進行后續處理。在每個時鐘周期，對28bit輸入數據進行采樣并且串行傳輸。每個LVDS數據通道可以以525Mbps的速率傳輸28bit的TTL數據，如果使用75MHz的時鐘頻率，則整體的數據傳輸率可達到2.10Gbps。
3.2 Camera Link接口連接
　　根據Camera Link協議的要求，選用MDR26連接器作為圖像采集部分與圖像數據傳輸部分、圖像傳輸部分與系統控制部分的接口。當并行圖像數據通過LVDS發送器轉變為LVDS數據流后，經過MDR26連接器傳輸到Camera Link電纜進行傳輸，在Camera Link電纜與LVDS接收器之間仍需MDR26連接器作為接口連接。圖3所示為圖像傳輸部分與系統控制部分的接口圖。