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基础讲座 FUNDAMENTALS

USB 3.0 应用示例及视觉组件测试

文/ Immanuel Fuchs，Basler公司

USB 3.0 接口和 USB 3.0 Vision 标准是专门为工业 表1：各种芯片的分辨率、帧率与数据传输率。
图像处理开发的，它们于 2013 年初投入市场。此后， CMV4000 IMX174 Python5000
USB3.0 接口经历了诸多变化与改进，新版本称为 USB 3.1 分辨率 420万像素 230万像素 530万像素
Gen1。相机对视觉系统提出了新的要求，因而已变得更 帧率 90fps 165fps 60fps
加强大。配件也是系统的重要组成部分，下面重点讨论了 数据传输率 ~360MB/s ~380MB/s ~380MB/s
有关配件的三种不同用例。此外还介绍了 Basler AG 为确
保 USB 3.0 产品可靠性所采取的各种测试和测量方法。 现出对消费市场的强大渗透力和适应性。表 1 中列出的运
行状态对于现代应用很常见，这些应用充分利用了 USB3
技术背景 Vision 协议的优点。而且，USB3 Vision 协议能够容忍廉
新款高速率和高分辨率 CMOS 芯片，为数据传输带 价配件在数据传输过程中导致的缺点。
来了巨大挑战。过去，数据传输率超过 150MB/s 的传输 一般家庭应用通常可以接受这些缺点，如外部硬盘驱
实现方案成本高昂，通常使用昂贵的 Camera Link 接口实 动器或简单加载和流应用。但是对于专业 USB 3.0 应用而
现。最近几年，USB3 Vision 标准得到重视。通过线材和 言则无法接受这些缺点 ： 沿数据传输链的每个组件都必须
计算机 CPU 上的主机控制器，USB 3.0 接口可以在处理 能充分运用它们的功能。这些产品精益求精、产品认证是
高达 380MB/s 数据传输速率的同时，给外部供电。表 1 工业产品与消费产品之间的差别之一。 能适应冲击和振动的
给出了各种芯片的分辨率、帧率和数据传输率。
在技术层面，在 USB3 Vision 协议中通过复杂的数据 紧凑型加固(Cr)镜头
PC
结构和信号信息的高频率得以实现。此信号信息同样通过
差分传输。通过价格实惠的被动式线材实现这些功能，为
TECHSPEC Cr 系列镜头
®
相关配件的设计和制造增加了挑战。线材本身也是一个很
好的例子。图 1 展示了 USB 3.0 线材截面。从图 1 中可看 USB卡 电源
到，高频数据和电力传输必须在非常小的空间共存。独立
线材之间必须互不干扰，同时，每个系统必须正常运行。
关于 USB 3.0 的应用，值得一提的是接口本身已经展
USB 3.0 Droop端口

PC 电源
• 坚固耐用，受到冲击和振动时可使像素偏移最小化
• 内部光学件采用胶合固定，能够保持光学指向的稳定
• 简化的对焦，可选多种光圈
• 带有不锈钢可锁止 C 接口安装夹
USB卡 USB 3.0 Droop端口
爱特蒙特光学(深圳)有限公司
图1：USB 3.0线材的截面。 图2：电源测试的设置示意图。 中国深圳市龙华工业东路
利金城科技工业园3栋5楼，518109
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30 May/Jun 2017 视觉系统设计 Vision Systems Design China