安森美python25K NOIP1SN025K成像采集电路设计

NOIP1SN025K芯片整体使用方法，与NOIP1SN1300A相似：

需要提供必要的电源
需要提供时钟
需要控制复位
需要进行SPI配置内部寄存器
需要对32路LVDS图像数据进行解串。

两者的区别也是有的：

NOIP1SN025K的图像输出分辨率更大，全分辨率为5120*5120；
NOIP1SN025K的LVDS输出通道增加到了32路。加上时钟和同步，总共需要处理33路高速LVDS信号。对FPGA的性能要求也更高。
NOIP1SN025K取消了CMOS_PLL时钟输入，只有一路LVDS_CLK输入。频率为输出数据率的一半。
NOIP1SN025K需要的电源种类更多了，总共需要控制5路电源分布上电。
APS-H 光学成像尺寸，对镜头的要求也更高，普通的C口镜头很难胜任了，我手里只有一个C口1英寸的镜头，勉强能够用于测试，但是图像会有暗角。
探测器的功耗大了， 4.6W左右，对电路设计要求也更高了。

新设计的NOIP1SN025K要求能够实现4096*4096分辨率输出，输出帧率达到100fps。具有DDR存储，能够从USB口输出图像数据。FPGA与探测器之间全部采用LVDS传输线，需要将TTL类型的信号转换为LVDS。

从全分辨率的5120*5120，到4096*4096的输出分辨率，这里采用开窗口的方法，配置探测器的内部寄存器，将窗口开到探测器中心区域，上下左右四周的像素不输出。

探测器的时钟输入采用300MHz，由FPGA提供，sensor输出的LVDS数据率达到了600MHz，可以满足100fps的帧率输出要求。

DDR存储使用了DDR4-2666U（MT40A1G16NR-075），运行频率1.2GHz。采用4片DDR4并行挂接在FPGA上，FPGA使用intel DDR4 ip core，用户接口为avalon-MM接口，扩展数据线宽度为512bit，与32路LVDS数据位宽匹配，大大提高数据存取速度。

FPGA芯片使用stratix10系列1SG280LU2F50，使用SERDES IP Core，对32路LVDS数据进行解串，LVDS数据率为600MHz，每个像素10bit位宽，转换后的并行像素数据率为60MHz。

SERDES IP采用内部PLL模式，手动修改相位的配置方式，例化2个SERDES分布于FPGA的两个bank上，每个SERDES具有17个通道，对32路数据和1路SYNC数据进行串并转换。使用bitslip功能循环检测转换后的数据是否与Training Pattern值匹配，达到匹配后，则转换正常的像素数据。

按照datasheet上的时序要求，首先给探测器提供供电，然后提供时钟，然后提供复位信号，最后是寄存器的初始化配置。配置完毕，sensor即可输出正常的像素数据了。

32路高速LVDS数据经串并转换后，得到32路并行的像素数据。而sensor输出是以kernel为单位的，一个kernel包含32个有效像素，每行像素分奇数kernel输出和偶数kernel输出，奇数kernel和偶数kernel的像素排序方式是不一样的，以ch0-ch7通道的数据为例，像素输出方式如下：

以第一个kernel为例，程序里面连续接收两个时钟周期的像素数据，也就是64个像素数据，然后对这64个像素数据进行重新排列组合，按照pixel0-pixel1-pixel2……pixel63的顺序格式，存储到DDR4中，像素数据与DDR4之间例化2个fifo分奇偶行进行乒乓操作，将整幅图像数据进行存储。

图像上传采用USB2.0接口，由于USB2.0相对于像素输出速度来说，上传速度较慢，不可能达到实时显示，所以USB2.0传图的目的，只是为了便于调试、观测、调焦等等。

例化了一个FIFO，每次从DDR4中读出一行的图像数据，存储到FIFO中，然后通过USB2.0推送到上位机。

上位机端编写了一个图像采集显示软件，可以显示sensor输出的图像数据，也可以配置sensor的任意寄存器，例如曝光、增益等等。

在帧率100fps条件下，使用默认的曝光和增益设置，采集的目标图像效果如下：

测试条件（配置1英寸C口镜头）

实际目标成像效果

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