CoaXPress（CXP）是一种非对称的点对点串行通信标准，用于相机和主机PC之间的高吞吐量数据传输。CXP标准于2008年在德国斯图加特的VISION展会上首次展示，经过几年的发展后，于2011年成为官方标准。CoaXPress由日本工业成像协会（JIAA）管理，并与欧洲机器视觉协会（EMVA）和先进自动化协会（A3）达成联盟支持这项标准。

CoaXPress在相机、PC和图像采集卡之间的物理传输媒介是75Ω的同轴电缆。然而，随着传输带宽向由光纤传输实现的100Gbps、200Gbps、甚至400Gbps的高吞吐量扩展，情况可能很快会发生改变。

不断发展的标准

CoaXPress标准的最初版本是CXP-6，由于采用8b/10b编码，它实现了单根同轴电缆高达6.25Gbps的传输速率，有效数据速率达5.0Gbps。当多条链路聚合并用时，通常是两路或四路并用，CoaXPress接口的传输速率比当时的任何其他接口（包括GigE Vision、Camera Link和USB）都要快。

除了速度优势之外，CXP-6还带来了一系列新好处，包括更精确的触发、更长的电缆长度，以及用单根电缆就能实现数据、控制、供电（通过CXP供电，即PoCXP）和通信等信号的传输。CXP-6很快被证明是高速半导体检测、OLED缺陷检测、3D自动光学检测、智能交通系统和生物医学研究以及其他严苛应用的理想选择。

该标准的最新版本CoaXPress 2.1于2021年2月发布。2.1版本中增加了两个新的速度选项，即10Gbps（CXP-10）和12.5Gbps（CXP-12），带宽比最初的CXP-6增加了一倍。由于CXP 2.1协议允许将通信链路从一条拓展到两条或四条，因此在使用四通道链路配置时，CXP 2.1可以从一个四路输出相机中，可靠地实现高达50Gbps的传输带宽。这种配置的缺点是最大电缆长度仅为35m，这将50Gbps的传输速率限制在了较短的传输距离内。

CoaXPress 2.1还将上行链路的速度提高了一倍，并且增加了对GenICam通用编程接口和GenDC通用数据容器的支持，以帮助简化器件供应商和用户的集成工作。新的连接器类型Micro-BNC（HD-BNC）取代了CXP-6标准中规定的推拉式DIN连接器。

CoaXPress over Fiber的引入

除了其他升级外，CoaXPress 2.1还提供了一个新协议——CoaXPress over Fiber（CXPoF），旨在使CoaXPress协议能在标准以太网连接（包括光纤连接）上正常运行。CXPoF不但具备了CoaXPress的所有优点，并且还融入了光纤布线的性能优势。

CXPoF协议的关键在于它的物理传输底层使用Ethernet Layer 1，在这一层，数据在网络接口上传输。因此，它负责编码和信令功能，将数据从设备上的比特形式，转换为可以通过网络传输的信号。

更为重要的是，Layer 1定义了硬件规范，例如电缆、连接器和网络接口卡。因此，当升级Layer 1组件时，无论是实现更高的带宽还是更低的价格，它都将直接使CXPoF受益。与机器视觉相比，基于以太网的计算机网络具有巨大的销量，这推动了其组件价格的下降。这些更经济的组件，如电缆和连接器，可以降低CXPoF视觉系统的总体成本。

CXPoF的速度

CXPoF的净带宽与CXP-12相同，约为40Gbps。然而，CXPoF并不需要四条CXP-12链路和四个同轴连接，仅通过单个QSFP+（四路小型可插拔）收发器模块和单根光缆就能实现40Gbps的传输带宽。

随着速度从单链路的12.5Gbps进一步提高到JIIA预期的25Gbps（通过QSFP28）和50Gbps（通过QSFP56），CXPoF将有望成为今后的主流传输标准。

光缆传输的好处

光纤通过由玻璃或塑料制成的纤维束，以光脉冲的形式传输数据。将数百根光纤捆绑在一起形成光缆，光缆比高级铜线具有更快的传输速度、更长的传输距离传输和更大的传输容量。此外，光缆是电隔离的，因此它没有辐射，并且不易受到电磁干扰（EMI）的影响；电磁干扰会降低传输速度或产生串扰。光缆隔离也消除了与接地相关的问题。

从安装的角度来看，光缆传输具有以下优点。首先，光缆没有热量散发，因此没有引发火灾的潜在危险。第二，与铜缆相比，光缆可以承受较大的拉力，长时间使用不会发生断裂。第三，光缆不会像同轴电缆或以太网电缆那样受到恶劣天气、湿气或极端温度的破坏。最后，由于光缆比其他电缆更轻、更细，因此可以很容易地在机器、机器人、飞机和地面车辆上布线。

有两种类型的光缆，它们分别由单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）构成。两者的区别在于纤芯的尺寸不同。多模光纤的纤芯更粗，允许多种模式的光传输。单模光纤的纤芯更细，只允许单一模式的光传输。通常，单模光纤用于极长距离的信号传输；而需要在较短时间内传输大量数据的应用，往往使用多模光纤。

在不使用延长器的情况下，CXPoF在单模光纤中的传输距离可达80km，在多模光纤中的传输距离可达300m。不利的一点是，CXPoF协议无法通过光缆为相机供电。

CXP升级到CXPoF

图：升级到CXPoF，需要兼容CXPoF接口的相机和图像采集卡，以及光缆、收发器和连接器。（图片来源：BitFlow）

作为CoaXPress协议的扩展，CXPoF协议为硬件和软件提供通用GenICam编程接口，并且独立于任何操作系统，使得从同轴电缆到光纤的升级变得更加简单。升级将需要符合CXPoF标准接口的相机、图像采集卡以及光缆、收发器和连接器。供应商开始认识到了CXPoF标准的市场潜力。因此，尽管目前这方面的硬件选择尚且有限，但预计未来会呈现出指数型增长。

CXPoF图像采集卡上会提供光纤收发器插槽，支持QFSP+光缆连接。最多能能提供四路连接，以支持一台四链路相机、两台双链路相机或四台单链路相机。CXPoF图像采集卡使用与CXP图像采集卡相同的半尺寸x8 PCI Express Gen 3.0平台，因此可以在主机PC中轻松更换。光收发器模块由接收端和发射端组成。接收部分实现光电转换，发送部分实现电光转换。

单根光缆可以实现40Gbps的传输带宽。这意味着传输数据所需的线缆更少，降低了线缆铺设的复杂性，降低了系统成本，并将潜在故障点降至最低。

CXPoF的应用

CXPoF开辟了一个新的机会领域。第一个利用CXPoF的应用很可能是需要超长电缆的情况，例如智能交通系统（ITS）或弹道测试，或者在相机和PC之间需要电气隔离的情况下（如在嘈杂的工业场所和敏感的医疗环境中）。

此外，如上所述，成本优势将对CXPoF的采用起到推波助澜的作用。CXPoF比传统同轴电缆具有成本优势，因为它能够使用以太网网络器件，尤其是在电缆成本方面。例如，30M四芯CXP-12同轴电缆的成本超过600美元，而30M QSFP+AOC（有源光缆）的成本约为125美元。成本效益和其他优势的结合，对说服系统集成商迁移到CXPoF充满了诱惑力。